الدرس الاول ... الكيمياء الكهربيه

الكيميـاء الكهربيـة
الكيمياء الكهربيــة
-هو العلم الذى يهتم بدراسة التحول المتبادل بين الطاقة الكهربية والطاقة الكيميائية من خلال تفاعلات الاكسدة والاختزال
تعريف تفاعلات الاكسدة والاختزال :-
-هى التفاعلات التى تنتقل فيها الالكترونات من احد المواد المتفاعلة إلى المادة الاخرى الداخلة معها فى التفاعل الكيميائى
الاكسدة والاختزال
تجربة :-
اغمس صفيحة من الخارصين فى محلول كبريتات النحاس الزرقاء
الملاحظة :-
-زول اللون الازرق لكبريتات النحاس تدريجياإلى ان يختفى تماما ويصبح عديم اللون ويترسب النحاس على شكل راسب احمر
-يزداد ذوبان لوح الخارصين
التفسير
-عند وضع الخارصين فى محلول كبريتات النحاس II يحدث الآتي :-
1- تتأكسد بعض ذرات الخارصين من لوح الخارصين وتتحول لأيونات موجبة تذوب فى المحلول تاركة إلكتروناتها على سطح لوح الخارصين Zn  Zn+ + 2e
2- يتفكك محلول كبريتات النحاس إلى أيونات نحاس وأيونات كبريتات CuSO4Cu +2 +SO4 –2
3- تكتسب أيونات النحاس الموجبة Cu +2 الإلكترونات التي تفقدها ذرات الخارصين وتتعادل ويحدث لها عملية اختزال Cu+2 +2e  Cu
4-تتحد أيونات الخارصين الموجبة مع أيونات الكبريتات السالبة ويتكون كبريتات الخارصين
Zn + 2 + SO4 – 2  ZnSO4
*النتيجة النهائية
Zn 0 + Cu + 2 SO4 – 2  Zn +2SO-24 + Cu0
ملاحظات
-ينتج عن هذا التفاعل طاقة حرارية لايمكن تحويلها إلى طاقة كهربية لأن التفاعل يتوقف بعد قليل لتوقف سريان الإلكترونات من الخارصين إلى النحاس وذلك لعزل ساق الخارصين عن التفاعل بسبب تغطيته بطبقة من النحاس
-وقد استطاع العلماء فى ترتيب نظام يعرف بالخلايا الجلفانية والتى روعى فيها فصل مكونات نصفى لخلية مع اتصالهما عن طرق قنطرة ملحية والسماح للالكترونات ان تمر فى سلك بين نصفى الخلية
بذلك يمكن الحصول على تيار كهربى ناتج من تفاعل اكسدة واختزال تلقائى يحدث فى خلايا تسمى الخلايا الجلفانية
أنـــــواع الخلايـا الكهربيــة
 خـلايا إلكتروليتية تحليلية
-خلايا يتم فيا استهلاك الطاقة الكهربية من مصدر خارجي وتحويلها إلى طاقة كهربية ضمن تفاعلات
الأكسدة والاختزال
- التفاعل فى هذه الخلايا لا يكون بشكل تلقائي لأنة يتوقف بمجرد انقطاع لتيار الكهربي
- تفاعلات يصاحبها امتصاص طاقة كهربية
 خـلايا جلفا نية
-أنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية من خلال تفاعل أكسدة واختزال
-تتم هذه التفاعلات بشكل تلقائي مستمر لأنها لا تعتمد على مصدر كهربي خارجي تفاعلات يصاحبها انطلاق طاقة كهربية
الخـــــلايـا الجلفانيـة –خلية دانيال
الخلايا الجلفانية :-
تشمل الخلايا التي يتم فبها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية ذاتية دون استخدام مصدر
خارجي للتيار ضمن تفاعل أكسدة واختزال يحدث بشكل تلقائي مثل :-خلية دانيال
تركيب خلية دانيال
 التركيب
-القطب السالب (المصعد -الآنود)
نصف خلية كهر وكيميائية يحتوى على لوح
خارصين موضوع فى محلول كبريتات الخارصين
-القطب الموجب (المهبط -الكاثود)
2-نصف خلية كهر وكيميائية آخر يحتوى
على لوح نحاس موضوع فى محلول كبريتات نحاس
3- صل بين نصفى الخلية بسلك وفولتميتر
4-قنطرة ملحية
محتوية على محلول كبريتات الصوديوم يغمس كل طرف من أطرافها فى أحد نصفى الخلية
الملاحظة
نلاحظ انحراف مؤشر الفولتميتر ناحية نصف خلية النحاس مما يدل على أن التيار الكهربي يمر من النحاس إلى الخارصين فى السلك

التفسير
1-تتأكسد بعض ذرات الخارصين وتفقد إلكتروناتها وتتحول لأيونات موجبة تذوب فى المحلول تاركة إلكتروناتها على سطح الفلز بذلك يشحن الخارصين بشحنة موجبة +2e Zn  Zn + 2
-بذلك يزداد تركيز أيونات الخارصين الموجبة في محلول كبريتات الخارصين
2-تنتقل الإلكترونات التى فقدها الخارصين من خلال سلك التوصيل من الخارصين إلى نصف خلية
النحاس الذي ينتج عنة سريان التيار الكهربي
1- يتأين محلول كبريتات النحاس طبقا للمعادلة CuSO4  Cu+ 2 + SO4 –2
4-تكتسب أيونات النحاس الإلكترونات وتتعادل وتتحول إلى ذرات نحاس متعادلة كهربيا ويشحن لوح النحاس بشحنة موجبة Cu+ 2 + 2e  Cu
5-يزداد تركيز أيونات الكبريتات السالبة فى نصف خلية النحاس
التفاعل الكلى الحداث فى الخلية
Zn 0 + Cu + 2 SO4 – 2  Zn +2SO-24 + Cu0
علل توقف مرور التيار الكهربى بين نصفى خلية دانيال
يحدث ذلك عندما يذوب كل فلز الخارصين فى نصف خلية الخارصين او تنضب ايونات النحاس بسبب ترسبها على هيئة ذرات نحاس فى نصف خلية النحاس
*تمثيل الخلية الجلفانية
- يكتب الآنود ناحية اليسار - يكتب الكاثود ناحية اليمين
-يرمز للقنطرة الملحية بخطان مزدوجان //
- يمثل الحد الفاصل بين القطب وأيونات بخط فردى/
Zn / ZnSO4 soln // CuSO4 soln / Cu
الاستنتاج
 الآنـــود
هو القطب السالب الذي تحدث عندة عملية الأكسدة تؤدى إلى تكوين إلكترونات عندة وهى مصدر
التيار الكهربي
 الكاثــود
هو القطب الموجب التى تحدث عملية الاختزال عندة حيث يستقبل الإلكترونات
 علل الكاثود هو القطب الموجب فى الخلية الجلفانية والسالب فى الخلية التحليلية
-الكاثود هو القطب الموجب فى الخلية الجلفانية لأنة تحدث عندة عملية الاختزال ويستقبل الشحنات
الكهربية
-الكاثود هو القطب السالب فى الخلية التحليلية لأنة يتصل بالقطب السالب للبطارية الخارجية
 علل ينشأ فرق جهد بين نصفى خلية دانيال
بسبب الفرق فى قدرتهم على التأكسد والاختزال
 علل الآنود هو القطب السالب فى الخلية الجلفانية والموجب فى الخلية التحليلية
-الآنود قطب سالب فى الخلية الجلفانية لأنة تحدث عندة عملية الأكسدة التى تكون مصدر للشحنات
الكهربية
-الآنود قطب موجب فى الخلية التحليلية لأنة يتصل بالقطب الموجب للبطارية الخارجية وتحدث عندة
عملية الأكسدة ايضا
 القنطرة الملحية فى خلية دانيال
-عبارة عن انبوبة زجاجية على هيئة حرف (U) تملا بمحلول الكتروليتى مثل كبريتات الصوديوم Na2SO4 لاتتفاعل ايوناتة مع ايونات محاليل نصفى الخلية ولا مع مواد اقطاب الخلية الجلفانية
أهمية القنطرة
1-تقوم القنطرة الملحية بالتوصيل بين محلولى نصفى الخلية وتمنع الاتصال المباشر بين المحلولين
2-تقوم معادلة الشحنات الموجبة والسالبة التى تتكون فى محلولى نصف الخلية وتمنع الاتصال المباشر بين المحلولين
3-تقوم بمعادلة الشحنات الموجبة والسالبة التى تتكون فى محلولى نصف الخلية نتيجة تفاعل الاكسدة والاختزال فى نصف خلية الخارصن ونصف خلية النحاس على التوالى
4-تمنع تكون فرق جهد بين محلولى نصف الخلية
الاضرار الناتجة عن غياب القنطرة الملحية :-
تتوقف تفاعلات الاكسدة والاختزال التى تسبب توقف مرور التيار الكهربى فى السلك الخارجى الموصل بين نصفى الخلية
علل يتوقف التيار الناتج من الخلية الجلفانية عند إمدادها بكمية من الكهرباء
لأن التيار الكهربي الذي نؤثر بة على الخلية يكون إتجاهة عكس إتجاة التيار الناتج من الخلية فيوقف التفاعل التلقائي

» الدرس الاول ... طرق الحصول على الكهربيه الساكنه
» الدرس الاول ... الكيمياء العضويه
» الدرس الثالث ... القدره الكهربيه
» الدرس الثالث ... المقاومه الكهربيه
» الدرس الاول ... القانون الاول لنيوتن