تجاوز إلى المحتوى الرئيسي
تابعنا على تيليجرامانضم

تطبيقات عملية على الخلايا الجلفانية

الخلايا الكهروكيميائية · الكيمياء

آخر تحديث:

محتويات الموضوع (٤)

شرح الموضوع

يكون التفاعل الكيميائي فيها غير منعكس فيتوقف سريان التيار الكهربائي عند تحول جميع المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة، ومن أشهر الأمثلة عليها العمود الجاف.

5-6 تطبيقات عملية على الخلايا الجلفانية

البطارية: طاقة كيميائية تصير كهرباء

تتكون بعض البطاريات من خلية جلفانية واحدة مثل العمود الجاف.

  • خلية واحدة: تتكون بعض البطاريات من خلية جلفانية واحدة مثل العمود الجاف.
  • عدة خلايا: بعضها من عدد من الخلايا الجلفانية متصلة على التوالي مثل بطارية السيارة.

فما الذي يحدث داخل العمود الجاف؟

1. البطاريات (الخلايا) الجافة:

العمود الجاف: تفاعل لا يرجع

  • ومن أشهر الأمثلة عليها العمود الجاف.
  • تمعّن الشكل (6-5) الذي يمثل العمود الجاف، ثم لاحظ أجزاءه.
شكل (6-5): العمود الجاف
شكل (6-5): العمود الجاف
  • مادة عازلة
  • عمود كربون
  • عجينة من MnO2\mathrm{MnO_{2}} ومسحوق الكربون
  • عجينة من NH4Cl\mathrm{NH_{4}Cl} و ZnCl2\mathrm{ZnCl_{2}}
  • غطاء من الخارصين
  • قطب الخارصين (المصعد): يحدث عليه تفاعل التأكسد.
Zn(s)⟶Zn2+(aq)+2e−\text{Zn}_{(\text{s})} \longrightarrow \text{Zn}^{2+}{}_{(\text{aq})} + 2\text{e}^-
  • أما تفاعل الاختزال فيحدث على قطب الكربون (المهبط) كالآتي (ليست للحفظ).
2NH4(aq)++2MnO2(s)+2e−⟶Mn2O3(s)+H2O(l)+2NH3(aq)(ليست للحفظ)2\text{NH}_4{}^+_{(\text{aq})} + 2\text{MnO}_{2(\text{s})} + 2\text{e}^- \longrightarrow \text{Mn}_2\text{O}_{3(\text{s})} + \text{H}_2\text{O}_{(\text{l})} + 2\text{NH}_{3(\text{aq})} \quad (\text{ليست للحفظ})
  • يعطي العمود الجاف قوة دافعة كهربائية مقدارها 1.5 فولت.
  • عند الاستخدام: تتناقص تدريجياً، وخاصة في الجو البارد.
  • الاستعمال: مصابيح اليد، وألعاب الأطفال، وغيرها.

2. خلايا التخزين:

بطارية السيارة: تفريغ ثم إعادة شحن

  • من أشهر خلايا التخزين بطارية السيارة (المركم الرصاصي) التي يمثلها الشكل (6-6).
شكل (6-6): بطارية السيارة « المِرْكَم الرصاصي»
شكل (6-6): بطارية السيارة « المِرْكَم الرصاصي»
  • الأقطاب: تصنع من سبيكة من الرصاص والأنتيمون.
  • المصعد: يغطى بالرصاص.
  • المهبط: يغطى بأكسيد الرصاص البني.
  • المحلول: تغمس الأقطاب الموصولة على التوالي في محلول مخفف من حمض الكبريتيك كثافته 1.29 غم / سم31.29\text{ غم / سم}^3 وتركيزه 30%30\%.
  • وتحدث التفاعلات الآتية عند تفريغ البطارية:
  • معادلة نصف تفاعل التأكسد
Pb(s)+SO4 (aq)2−⟶PbSO4(s)+2e−\text{Pb}_{\text{(s)}} + \text{SO}_{4\text{ (aq)}}^{2-} \longrightarrow \text{PbSO}_{4\text{(s)}} + 2e^−
  • معادلة نصف تفاعل الاختزال
PbO2(s)+4H(aq)++SO4 (aq)2−+2e−⟶PbSO4(s)+2H2O(l)\text{PbO}_{2\text{(s)}} + 4\text{H}^+_{\text{(aq)}} + \text{SO}_{4\text{ (aq)}}^{2-} + 2e^- \longrightarrow \text{PbSO}_{4\text{(s)}} + 2\text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}}
  • المعادلة الكلية للتفاعل في بطارية السيارة
Pb(s)+PbO2(s)+4H(aq)++2SO4 (aq)2−⟶2PbSO4(s)+2H2O\text{Pb}_{\text{(s)}} + \text{PbO}_{2\text{(s)}} + 4\text{H}^+_{\text{(aq)}} + 2\text{SO}_{4\text{ (aq)}}^{2-} \longrightarrow 2\text{PbSO}_{4\text{(s)}} + 2\text{H}_2\text{O}
  • وجهد هذه الخلية E\text{E} يساوي 2.02.0 فولت.
  • عند وصل 66 خلايا على التوالي كما هي العادة تعطي قوة دافعة كهربائية مقدارها 1212 فولتاً تقريباً.
  • غير مشحونة ⁦(discharged)⁩: تكتسي الأقطاب جزئياً بكبريتات الرصاص، ويصبح الحمض مخففاً من الماء الناتج من التفاعل.
  • إعادة الشحن: توصل الخلية بمصدر فرق جهد خارجي أكبر من 1212 فولتاً.
  • النتيجة: يُجبر التفاعل أن يتم عكس تفاعل عملية التفريغ.

3. خلايا الوقود:

خلية الوقود: كهرباء وماء من الهيدروجين

  • الناتج: الكهرباء والماء، كما يظهر في الشكل (6-7).
شكل (6-7): خلية الوقود
شكل (6-7): خلية الوقود
  • الاستخدام: استخدمت هذه الخلايا في المركبات الفضائية لتوليد التيار الكهربائي.
  • يستخدم رواد الفضاء الماء الناتج للشرب.
  • المزايا: عدم تلويثها للبيئة، وارتفاع مردود الطاقة الناتج نسبياً.
  • وتمثل المعادلتان الآتيتان التفاعلات الكيميائية التي تتم في هذه الخلايا:
2H2(g)+4OH(aq)−⟶4H2O(l)+4e−2\text{H}_{2(\text{g})} + 4\text{OH}^-_{(\text{aq})} \longrightarrow 4\text{H}_2\text{O}_{(\text{l})} + 4\text{e}^-

تعريفات أساسية

خلية الوقود

خلية الوقود أداة يتم في أشهر أنواعها تفاعل بين الأكسجين والهيدروجين في وسط قاعدي (25% KOH\ce{KOH}) لإنتاج الكهرباء والماء، كما يظهر في الشكل (6-7

البطارية

تسمى الأداة التي تتحول فيها الطاقة الكيميائية المخزنة إلى طاقة كهربائية بالبطارية

البطاريات (الخلايا) الجافة

يكون التفاعل الكيميائي فيها غير منعكس فيتوقف سريان التيار الكهربائي عند تحول جميع المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة

خلايا التخزين

يمكن في هذا النوع من الخلايا، عكس التفاعلات الكيميائية التلقائية، بتمرير التيار الكهربائي خلال الخلايا (شحن الخلية)، وبذلك يمكن استخدامها مئات المرات عبر عمليتي (الشحن والتفريغ)

معاينة موضوع «تطبيقات عملية على الخلايا الجلفانية» من وحدة «الخلايا الكهروكيميائية» في مادة الكيمياء. أقسام الشرح: ٤، التعريفات: ٤.

المصدر: تطبيقات عملية على الخلايا الجلفانية (ص ١٥٦–١٥٨)

موضوعات أخرى في الوحدة

تابع الدراسة