الكهربائية الكيمياء

الكهربائية • يهتم الكيمياء الكيمياء علم فروع احد هيالتفاعالت الكهروكيميائيةبدراسة

الكهربائي • وسيط التيار خالل المنتقلة الشحنات هواو موصل سلك خالل االلكترونات انتقال مثل ناقل

ويقاس الكتروليتي محلول في االيونات انتقالباالمبير

ويعادل الكولوم • الكهربائية الشحنة قياس وحدة وهوالموجودة الشحنة الكترون.6.25x1018كمية

الكهربائي االمبير• التيار مقدار او شدة قياس وحدةناقل وسيط خالل واحد كولوم مرور يسببه الذي

واحدة . ثانية خاللالذي الفولت• الجهد فرق ويمثل الجهد قياس وحدة

ناقل وسيط خالل امبير شدته تيار مرور يسببهواحد آوم مقاومته

وتكون طاقة اوتستهلك تنتج التي التي التفاعالت وعينوعين :- على

الكهربائية • للطاقة مولدة وهي تفاعالتوتكون كهربائية طاقة عنها ينتج التي التفاعالت

ان أي و∆ Gتلقائية سالبة موجبة∆ Eتكون تكونالكلفانية الخاليا في تحدث التفاعالت وهي

) الفولتائية)الكهربائية • للطاقة مستهلكة وهي تفاعالت

وتكون كهربائية طاقة تستهلك التي التفاعالتان أي و∆ Gالتلقائية موجبة سالبة∆ Eتكون تكون

أي االلكتروليتية الخاليا في تحدث التفاعالت وهي . الكهربائي الطالء خاليا مثل الكهربائي التحلل خاليا

ماهي التفاعالت الكهروكيمائية

هو وما االنود؟ هو وما ؟و الخلية ماهيالكاثود؟

قطبين • ربط عن ناتج كهربائي جهاز الخليةتوعين على وهي كهربائي تيار بينهما يسري ) والخاليا ) الفولتائية الكلفانية الخاليا قلنا كما

االلكتروليتية عنده • وتحدث االلكترونات مصدر هو االنود اما

التاكسد عمليةوتحدث • االلكترونات مستورد هو الكاثود اما

االختزال عملية عنده

ولكن أي نXXXXXXوع من التفXXXXXXاعالت الكيميائيXXة ذلXXك الXXذي يمكن أن ينتج

طاقة كهربائية ؟

إنها بالتأكيد تفاعالت األكسدة واالختزال .

تفXXXاعالت األكسXXXدة واالخXXXتزال هي :

التفXXاعالت الXXتي يحXXدث فيهXXXXXا انتقXXال

لإللكترونXXXات من ذرة إلى أخXXرى بحيث

التاكسXXXدي عXXXدد اليحXXXدث تغيXXXير في

لعناصرل .

تفاعالت األكسدة واالختزال

األكسدة

األكسدة : عملية فقدان ذرة العنصر إللكترون أو أكثر ، وينتج عنه زيادة في

مثال عدد األكسدة للعنصر.

Zn - 2e Zn ++-

Zn Zn + 2e++ -

االختزال

االختزال : عملية اكتساب ذرة العنصر إللكترون أو أكثر ، وينتج عنه نقصان في

عدد أكسدة العنصر.

مثال

Cu + 2e Cu ++ -

- .......،3- ،2- ،1+ ، صفر ،1+ ،2 ،+3.......

اتجاه نقصان عدد األكسدة ) اختزال (

اتجاه ازدياد عدد األكسدة ) أكسدة (

عالقة عمليتي األكسدة واالختزال بعدد األكسدة

عمليتان واالختزال األكسدة عمليةعملية حدوث عند أنه بمعنى متالزمتاناختزال عملية حدوث من البد أكسدةتفاعل نصف منهما كل يشكل بحيثعلى نحصل وبجمعهما لألخر مكمل

يمكن المثال سبيل فعلى الكلي التفاعللنحصل السابقين التفاعل نصفي جمع

أعاله . واالختزال األكسدة تفاعل على

Zn + Cu Zn + Cu ++ ++

ماهوالعامل المؤكسد ولكن ماهو

العامل المختزل

العامXل المؤكسXد : المXادة الXتي تخXتزل وتؤكسXXد غيرهXXا أي المXXادة الXXتي ينقص

عدد اكسدتها في التفاعل . العامXل المخXتزل : المXادة الXتي تتأكسXد وتخXتزل غيرهXا أي المXادة الXتي يXزداد عXدد

اكسدتها في التفاعل . Zn + Cu Zn + Cu

++ ++

مؤكسد مختزل عامل عامل

بXالXرغXم من حXXXدوث تفاعل

اكسدة واختزال في هذا الكأس إال اننا ال يمXكن أن نحصXXXل

منه على تيار ي في هذه ائهربك

الحالة.

لماذا ؟

إن سXXXبب عXXXدم حصXXXولنا على تيXXXار كهXXربي في هXXذه الحالXXة يرجXXع إلى أن االلكترونXXات تنتقXXل مباشXXرة من فلXXز الخارصXين إلى أيونXات النحXاس عXبر مXا

، ولحXل هXذه بالXدائرة القصXيرةيعXرف المشXكلة البXد من فصXل نصXفي التفاعXل

أو )مسXامي(باسXتخدام غشXاء شXبه منفXذفي كأسXXXXXين مختلفين بحيث نجعXXXXXل

االلكترونات تسري عبر سلك معدني .

الدائرة عبر االلكترونات انتقالالقصيرة

Cu + 2e Cu++Zn Zn + 2e++

Zn + Cu Zn + Cu++++

الكاثوااختزال(د(

انودالاكسد(

)ة

معدني سلك عبر االلكترونات انتقال

Zn

Zn Cu

Cu

++ ++

حول اكتشاف الخاليا بداية القصةالكهربائية

عام الحظ 1786في مأطراف ك ارتعاش لفاني

عضالته لمس عند الضفدعمختلفين . بمعدنين

أول خلية كهر وكيميائية

لفولتXXXXXXا كانالسXXXXXبق في صXXXXXناعة أول

عرفهXا بطاريXةالتXXXXXاريخ في حXXوالي عXXام

م.1800

الكيميائي التغير العالقة بين والطاقة الكهربائية

أكXXد فXXارادي في م 1825عXXXXXXام

عن طريXXXXXXXXXق تجاربXXXXXXXXXه في التحليXXXXXXXXXXXXXل

ائيXXXXXXXXXة الكهربالعالقXXXXXXXXة بين التغXير الكيميXائي

الطاقXXXXXXXXXXXXة و .الكهربائية

ة من قطXXبين لفانيXX- تتXXألف الخليXXة الك1يتم في أحXXXدهما تفاعXXXل أكسXXXدة وفي

األخر تفاعل اختزال .

- يعXXرف القطب الXXذي يتم فيXXه نصXXف 3د ، القطب الXXذي انوتفاعXXل األكسXXدة بXXال

.كاثوديتم فيه نصف تفاعل االختزال بال

لفانيXة ك- يحXدث التفاعXل في الخليXة ال2. w تلقائيا

انواع الخاليا الكهربائية

لفانيةكالخلية ال 1

- تتجXXXه االلكترونXXXات في الخليXXXة من 5 حيث تتولXXXXXXXد انXXXXXXXودال

حيث تسXXتهلك كXXاثودااللكترونXXات إلى الااللكترونXات عXبر سXلك معXدني يصXل بين

الفولتميترن معXدنيين ويمXر السXلك بXطXبيقللكشف عن التيار.

لفانيةكتركيب الخلية ال

- بجمXع نصXفي التفاعXل اللXذان يحXدثان 4في القطXبين نحصXل على التفاعXل الكلي

الذي يتم في الخلية .

- يصXل بين المحلXولين في الخليXة جسXر 6

ملحي وهXو عبXارة عن انبXوب يحتXوي على

مثلالكتروليت قويKCl, NaCl, K2SO4 اليتغير كيميائيا اثناء

عمل الخلية لماذا ....... الجسر

اح بانتقال سمية وللائالكمال الدائرة الكهربالملحي ؟

األيونات من وإلى المحلولين .

عتXXXبر يالملحي جسXXXرال وعلى هXXXذا فXXXإن

w لأليونXات الموجبXة والسXالبة ووسXيلة مخزنXا

النتقXXال األيونXXات من أحXXد القطXXبين إلى

Xة التXاظ على حالXرض الحفXر لغXوازناألخ

XXبر ائالكهربXXذي يعتXXولين والXXي في المحل

w السXXتمرار سXXريان التيXXار w أساسXXيا شXXرطا

ي .ائالكهرب

الملحيجسرالوظيفة

من أشهر الخاليا الكهروكيميائية

ر النحXاس مغمXوقطبوالXتي تتXألف من يحتXوي على محلXول كبريتXات انXاءفي

من الخارصXXXXXين قطبالنحXXXXXاس ، و يحتXXوي على محلXXول انXXاء في رمغمXXو

كبريتXXXXات الخارصXXXXين ، ويصXXXXل بين يرتبXXXXط ن سXXXXلك معXXXXدني طXXXXبيالق

، ويصXل بين المحلXولين مXا بXالفولتميتيريعXرف بالجسXر الملحي الكمXال الXدائرة

ية . ائالكهرب

مثال على خلية دانيالالخاليا الكلفانية

Zn + Cu Zn + Cu++++

Cu + 2e Cu++

Zn Zn + 2e++

النودااكسد(

)ة

-كاثودال

اختزال((

+

خلية دانيال

جهاز- ) 2 االلكتروليتية الخلية) الكهربائي التحليل

وهي خليXXة مسXXتهلكة للتيXXار الكهربXXائي تحXXول الطاقXXة الكهربائيXXة من مصXXدر خXXXارجي الى طاقXXXة كيمياويXXXة بهيئXXXة عناصXر مترسXبة او متحXررة عنXد القطXبين وعملهXا يكXون غXير تلقXائي ومن االمثلXة

.عليها خاليا الطالء الكهربائي

االلكتروليتية كيف تعمل الخلية

تتكون من اناء واحد يحتوي على محلول او

منصهر كلوريد النحاسيك ويوضع في هذا

المحلول قطبين من الكرافيت متصلين

بسلكين خارجيين الى مصدر تيار كهربائي

مستمر )بطارية( حيث تكتمل الدائرة

الكهربائية

الخلية داخل يحصل ماذاااللكتروليتية

نحو ++Cu االيونات الموجبة - تنتقل1القطب السالب ( الكاثود( لكي تكتسب

منه االلكترونات وتتحول الى ذرات النحاس المترسبة أي تحصل عملية

اختزال

Cu++ + 2e Cuاختزال

→

نحو - Clااليونات السالبة - تتحرك 2القطب الموجب ( االنود( لكي تفقد

الكتروناتها عند القطب الموجب وتتحول الى جزيئات الكلور المتحررة أي تحصل

عملية تاكسد

Cl- - 2e → Clتاكسد

الخاليا التحليلية

- +

بطارية

االنود +- الكاثود

Cl-

++

التحليل الكهربي لمحلول كلوريد

النحاسيك

Cu + 2e Cu++

2Cl Cl2+ 2e-

Cu

30

هي عمليXة اكسXاء اداة مصXنوعة من فلXز

بفلXز اخXر واالداة قXد تكXون قXائش سXاعة او

خXاتم وغيرهXا ليكسXبها منظXرا مرغXوب فيXه

او ليقيهXا من التاكXل والصXدأ فنجعXل الفلXز

المراد الطالء به مثل الفضة او الذهب

امXXا القطعXXة المXXراد طالئهXXا انXXود الخليXXة

تنظXXف ونجعلهXXا كXXاثود الخليXXة ومحلXXول

الخلية يحتوي على احد امالح

الطالء ماهوالكهربائي

كيف نحصل على طالء جيد

امالح الفلز المراد الطالء بها مثل نترات الفضة اونترات الذهب

الطالء يعتمد على شدة التيار المار في محلول الخلية وعلى تركيز ايونات الفلز المراد الطالء بها فكلما كانت شدة التيار

ضعيفة وكانت تركيز ايون الفلز قليل كلما كان الطالء جيد

: كتلXة المXادة المتحXررة أو القXانون األولالمترسXXبة في خليXXة التحليXXل الكهXXربي w مXع كميXة الكهربXاء المXارة تتناسXب طرديXا

في المحلول . Q W t I x = W

هو الزمن tهو التيار الكهربائي ، Iحيث

كمية Q أي أن :الكهربائية

: كتلXة المXادة المتحXررة القXانون الثXانيأو المترسXXXXXبة في خليXXXXXة التحليXXXXXل

XXوزن ائالكهربXXع الXXم w ي تتناسXXب طرديXXارامي .غالمكافئ الe W e / F = W أي

أن : رامي غXXXX الXXXXوزن المكXXXXافئ الeحيث ويساوي = F/1، التكXXافؤ عXXدد الXXذري/ الXXوزن

. ثابت التناسب

t x e / F I x = W

وبدمج قانوني فاراداي نحصل على :

F= الفراداي( =96498)t x e / 96500 I x = W

96500اذن عدد الفراداي= عدد الكولومات/او عدد الفراداي= )عدد الذرات الفلز

التكافؤ للعنصر )xالمترسبة/عدد أفوكادروعدد الفراداي= )عدد الجزيئات/عدد أفوكادرو(

x 2)التكافؤ للعنصر ( عدد الفراداي= وزن الغاز المتحرر/الوزن

الجزيئيعدد الفراداي= )حجم الغاز في ظروف

(التكافؤ للعنصر 2 ) x( 22.4قياسية/

االنود بأن على w 23= للصوديومالذري الوزنعلما؟

/ = الكولومات عدد الفراداي 96500عدد

فراداي 0.02 =1930/96500 =

= وزن الفراداي الذري / Naعدد التكافؤ xوزته

Na /23 x1وزن = 0.02

غم Na = 0.46وزن

المترسبة بعد كمية الصوديوماحسب مثال خالل ئيةكولوم من الكهربا1930 مرور

(حجم الغاز 2 كلوريد الصوديوممن منصهرالمتحرر في ظروف قياسية

قياسية / Cl2حجم = 0.02 ظروف x 22.42في

حجم C m3 224لتر = Cl2 = 0.224أذن

/ ( = قياسية ظروف في الغاز حجم الفراداي عدد22.4 )x ) 2) للجزيئة ) التكافؤ

(Eجهد القطب )

ي ائالجهXXد الكهربXX : هXXوجهXXد القطبالناشXئ عن تفاعXل األكسXدة واالخXتزال الXXXذي يتم في القطب . ويكXXXون هXXXذا

XXد الكهربXXدة في ائالجهXXد أكسXXي ، جهحالXXة حXXدوث تفاعXXل األكسXXدة وجهXXد اخXXتزال في تفاعXXل االخXXتزال ، وقيمXXة هXذين الجهXدين للقطب الواحXد متسXاوية

مع اختالف اإلشارة .

ي في ائهل يمكن قياس الجهد الكهربجهXXXد القطب قيمXXXة فيزيائيXXXة مطلقXXXة ال ؟ األقطاب المنفردة

يمكن قياسXXها للقطب الواحXXد ، ولكن إذا تم توصXXيل قطXXبين ببعضXXهما فباإلمكXXان قيXاس فXرق الجهXد بين القطXبين . يعXرف فXXXرق الجهXXXد هXXXذا بفXXXرق جهXXXد الخليXXXة الكهروكيميائيXXة الXXذي يمكن أن نرمXXز لXXه

E( wwبXالحرف جهXد الخليXة (. ويسXمى أيضXا

Eفرق جهد الخلية الكهروكيميائية ) )

العوامل المؤثرة في قيمة فرق جهد الخلية

- طبيعة المواد ) نوع األقطاب المكونة 1للخلية ( .

- تركيز المحاليل في الخلية .2

- ضغط الغاز في حالة وجوده .3

- درجة الحرارة .4

w : طبيعة المواد ) نوع األقطاب أوالالمكونة للخلية (

بال شXXXك تختلXXXف المXXXواد في قابليتهXXXا للتفاعXXXل الكيميXXXائي سXXXواءw أكسXXXدة أو اخXXXXXXتزال ، وفXXXXXXرق جهXXXXXXد الخليXXXXXXة الكهروكيميائيXXة يعتمXXد على قXXوة نصXXفي التفاعXل اللXذان يتمXان في الخليXة ، فكلمXا

لعمليXة األكسXدة انXودازدادت قابليXة مXادة ال لعمليXة االخXتزال زاد كXاثودوقابليXة مXادة ال

w في فXرق جهXد الخليXة لXذا فإننXا نجXد تفاوتXاقيمXXة فXXرق الجهXXد النXXاتج بXXاختالف نXXوع

األقطاب المكونة للخلية.

انودالاكسد(

)ة

كاثودالاختزال(

(

Zn + Cu Zn + Cu++++

Cu + 2e Cu++

Zn Zn + 2e++

1.1 V

2Ag + 2e 2Ag+Cu Cu + 2e

++

2Ag + Cu 2 Ag + Cu+++

كاثودالاختزال(

(

انودالاكسد(

)ة

0.46 V

يساوي دانيال خلية في الجهد 1.1فرقمعينة . ظروف عند فولت

w: تركيز المحاليل في ثانياالخلية

تتXXXXأثر قيمXXXXة فXXXXرق جهXXXXد الخليXXXXة الكهروكيميائيXXXة بتركXXXيز المحلXXXولين الموجXXودين في القطXXبين ، وهXXذا أمXXر واضXح فكمXا عرفنXا فXإن الجهXد المتولXد في الخليXXة يعتمXXد عXXل قXXوة تفاعXXل األكسXدة و االخXتزال اللXذان يتمXان في الخليXة ، وقXوة نصXفي التفاعXل بXدورهما يتXXأثران بتركXXيز المحلXXولين المكXXونين

للخلية .

Zn + Cu Zn + Cu++++

الجهد انتاج اتجاهيائالكهرب

ويمكن توضXيح هXذا األثXر بشXكل أكXبر من خالل شXاتلييه فلXو طبقنXا هXذا المبXدأ ي لقاعXدة مبXدأ

على التفاعXXXل الكلي الXXXذي يتم في خليXXXة في ZnدانيXال نالحXظ أنXه بزيXادة تركXيز أيونXات

د فXإن التفاعXل يتجXه في االتجXاه العكسXي انXوالأي في االتجXXXاه الXXXذي يقXXXل فيXXXه الجهXXXد

XXان ائالكهربXXال نقصXXذلك في حXXاتج وكXXي الن الموجXودة في Cu++تركXXيز أيونXات النحXXاس

.كاثودال

++

جهد القطب القياسي وفرق جهد الخلية Eالقياسي

0

يعXرف فXرق جهXد الخليXة الكهروكيميائيXة عنXد الظXروف القياسXية بفXرق جهXد الخليXة القياسXXي ، كمXXا تعXXرف جهXXود األقطXXاب عنXXد هXXذه الظXXروف بجهXXود األقطXXاب القياسXXية ، والظXXروف القياسXXية للخاليXXا

مXوالر للمحاليXل و ضXغط 1هي : تركXيز درجXXة 25واحXXد للغXXازات عنXXد جXXوي

مئوية .

كيفية تعيين جهود األقطاب القياسية .

ال يوجXد قطب معXروف الجهXد ، ولغXرض تحديXد جهXود األقطXاب القياسXية تم اختيXار قطب الهيXXXXدروجين القياسXXXXي كقطب مرجXXع لقيXXاس جهXXود األقطXXاب األخXXرى وتم االتفXXXXXXXXاق على اعطXXXXXXXXاء قطب الهيXXدروجين القياسXXي جهXXد افتراضXXي يسXاوي الصXفر ، وعليXه فXإذا أردنXا تحديXد جهXد أي قطب مXا علينXا اال توصXيله بقطب

الهيدروجين عند الظروف القياسية .

فيكXXXون فXXXرق الجهXXXد المسXXXجل على w لجهXXXد الفولتميXXXتر في الخليXXXة مسXXXاوياالقطب المجهXول وذلXك الن جهXد قطب الهيXدروجين يسXاوي صXفر ، ويكXون هXذا الجهXXد المعين للقطب جهXXد أكسXXدة إذا كXان التفاعXل الXذي يتم فيXه تفاعXل أكسXدة ، وجهXد اخXتزال إذا كXان التفاعXل الXذي يتم في القطب تفاعXXXل اخXXXتزال . وبهXXXذه

Xد الكهربXد الجهXة تم تحديXل ائالطريقXي لكاألقطXXاب المعروفXXة . ورتبت في جXXدول

كجهود أكسدة أو اختزال .

كيفية تعيين جهود األقطاب القياسية .

السلسلة الكهروكيميائية

السلسXلة الكهروكيميائيXة عبXارة عن جXدول يضXم جهXود األقطXاب القياسXية لكثXير من العناصXر والمXواد مرتبXة كجهXود أكسXدة أو اخXXXXتزال تم تحديXXXXدها نسXXXXبة إلى قطب

الهيدروجين القياسي .

المتسلسلة الكهروكيميائية

فولت 2.87+ الفلور

فولت 3.05 -الليثيوم

فولت 0.44 -الحديد

فولت 0.34+ النحاس

فولت 0.76 - الخارصين

فولت 0.80+ الفضة

القطب ) )

االختزال ) (Eجهد

الهيدروجي

ن

صفر

0ة

ليابلق

ااد

زد ت

لزا

ختالل

ل ام

كعة

قوالد

داتز

دة

سأك

العناصXXر والمXXواد ذات جهXXد القطب الموجب

)الXXتي تعلXXوا عنصXXر الهيXXدروجين في المتسلسXلة( مXواد ذات قابليXة لعمليXة االخXتزال )عوامXل أكسXدة( أمXا العناصXر والمXXXواد الXXXتي تقXXXع أسXXXفل عنصXXXر الهيXXدروجين مXXواد ذات قابليXXة لعمليXXة

األكسدة

)عوامل اختزال(

كلما w ايجابا القطب جهد قيمة زادت كلماوزادت االختزال لعملية القابلية زادت ، صحيح والعكس أكسدة كعامل القوةقيمة أعلى له الذي العنصر فيكون ) ( قابلية المواد أكثر الفلور موجبةكعامل المواد وأقوى االختزال لعمليةقيمة أصغر له الذي الليثيوم ،أما أكسدةقابلية المواد أكثر فهو القطب لجهد

اختزال . كعامل وأقواها لألكسدة

فكXXل عنصXXر أو مXXادة في المتسلسXXلة

تسXتطيع أكسXدة المXادة الXتي تقXع أسXفل

منXXه ، وكXXل عنصXXر يسXXتطيع اخXXتزال

المXادة الXتي تعلXوه ، وعلى هXذا فXإن من

أهم فوائXد السلسXلة الكهروكيميائيXة أننXا

نسXXتطيع توقXXع مXXا إذا كXXان تفاعXXل مXXا

w أم ال . يمكن أن يحدث تلقائيا

الهيدروجين قطبالقياسي

من انبوبة زجاجية يتألف قطب الهيدروجين القياسي

غاز ذات فتحة جانبية يمر من خاللها تيار مستمر

درجة 25تحت ضغط جوي واحد عند الهيدروجين

ويمتد داخل االنبوبة سلك بالتيني ينتهي الى مئوية .

االسفل بقطعة بالتين مغطاة بالبالتين االسود وتكون

تركيزه HCl مض اح ة في محلولرمغمواالنبوبة

=القياسي H2 ولقد تم اعتبار جهد قطب موالر1

صفر ويسلك كاثود تارة وانود تارة اخرى حسب

القطب االخر المرتبط به في الخلية

قطب الهيدروجين القياسى

درجة 25موالر1مئوي

= 2H + 2 e H2+

H21 جوي ضغط

من سلك استخدام في السبب ماقطب في االسود البالتين قطعة البالتين

الهيدروجين؟

جزيئات 1. امتزاز على البالتين قطعة لقابلية. الهيدروجين غاز

غاز 2. من فعالية اقل البالتين لذلك H2 النتاكسد عملية له التحصل

التوصيل 3. على القابلية له البالتين النان حين في موصل H2الكهربائي غير

للكهربائية..

Cu + 2e Cu++

H2 2H + 2 e +

الكاثوااختزال(د(

االنوداكسد(

)ة

+0.34 V

جهد اختزال النحاس

H2

1 جوي ضغط

موالر1

درجة 25مئوي

االنوداكسد(

)ة

كاثودالاختزال(

(

Zn Zn + 2e++

2H + 2 e H2

+

-0.76 V اختزال جهد

الخارصين

H2

موالر1

درجة 25 ةمئوي

االنود ثم كتابة ومن اوال الصلب الطور يكتببين يوضع وتركيزه االلكتروليتي المحلول

بين ويفصل قوسينعمودي خط الطورين

Zn / ZnSO4(aq.,1M) الكاثود االلكتروليتي كتابة الطور يكتب

ويفصل الصلب الطور ثم ومن اوال وتركيزهعمودي خط الطوؤين CuSO4(aq.,1M )بين

/ Cu

ال ) ( الخاليا تمثيل لفانيةكترميز

الخلية عن التعبير

والكاثود • اليسار على االنود يكتبكان واذا اليمين جسر ║الى بينهما

متوازيين خطين بينهما فيوضع ملحيحاجز وجود حالة وفي عموديين

واحد عمودي خط فيوضع │مسامي

Zn/ZnSO4)aq.,1M( CuSO4)aq.,1M ( / Cu

الكهروكيميائية الخلية جهد حسابالقياسي

الخلية جهد حساب يمكن

من القياسي الكهروكيميائية

العالقة : E = E + ECell CaAn

كاثود))

(انود)

000

أمثلة ومسائل الممثلة الكهروكيميائية الخلية جهد احسب

التالي : التفاعل في

جهد بأن w القياسي اختزال علما القطب؟فولت ( 0.34وللنحاس ( ) 0.76للخارصين ) -

اختزال جهد من أكبر النحاس اختزال جهد ان بماهو واالنود لنحاس الكاثود فات لذا الخارصينمعادلة الى نظرنا لو صحيح وهذا الخارصين

الى الخارصين فلز من الخارصين فتحول الخليةفلز الى لنحاس ا ايون وتحول الخارصين ايون

النحاس

Zn + Cu Zn + Cu++++

++ Zn → Zn تاكسد volt +0.76انود + 2e

Cu ++ + 2e أختزال volt +0.34كاثود → Cu-------------------------------------------------Zn + Cu ++ → Zn++ + Cu 1.00 volt

بالجمع للجهدين نحصل على جهد 1.00الخلية القياسي ويساوي

فولت

Zn + Cu Zn + Cu++++

في محلول يحتوي على ايونات +Ag علما ان موالري1بتركيز

؟Ag =0.80 +جهد اختزالان تفاعل نصفي الخلية هما

e2 + Ag+ 2تاكسد E= 0.80 ە2Ag→

H2 → e2 + 2 ختزال ا E =0ەH+

+ E ↑ H2 + + Ag 2 2Ag + 2 H= - 0.80 ە

→بما ان جهد الخلية سالب فمعنى هذا ان التفاعل التلقائي لذا فانه اليمكن

اذابة فلز الفضة وان التفاعل العكسي هو التفاعل التلقائي

محلول يحتوي على ايونات مثالH+ موالري وتحت ضغط 1 بتركيز

هل بامكان H2 جو من غاز1جوي هذا المحلول اذابة فلز الفضة

الموجود

قياس جهود االقطاب والخاليا الغير القياسية )معادلة نيرنست(

اسXتطاع نيرنسXت التوصXل إلى عالقXة رياضXية تربXط بين جهXد الخليXة الكهXر

أي وكيميائيXXة وتركXXيز المحاليXXل فيهXXا الخاليXXا الغXXير القياسXXية وفي درجXXات الحXXXرارة المختلفXXXة أي قيXXXاس جهXXXود الخاليXXا الXXتي تكXXون فعاليتهXXا ال تسXXاوي

وصيغت في القانون التالي : واحد

lnnF

RTEE K0

Cell Cell

للغازات Rحيث العام 8.314 =الثابت. مطلقة/ مول ، T، جول المطلقة الحرارة nدرجة

الم االلكترونات االكسدة تفاعل في تبادلة عدد ، كولوم 96500الفراداي = Fواالختزال

درجة أي 25وفي الحد 298م� فيكون مطلقة

RT2.303 = 0.0592 م�25وعليه ستكون المعادلة عند

F

F = اراديXابت فXافئ 96487 ثXوم/ مكXكول فهي ثXابت االتXزان للتفاعXل ، وعنXد K. أمXا

التعXويض بهXذه القيم في المعادلXة السXابقة درجXXXة مطلقXXXة نحصXXXل على 298عنXXXد

التالية :المعادلةالعالقة في ا

العالقة بين الجهد والتركيز

kn

EE ln0592.0

0

0

Xد الكهربXب الجهXال ائ احسXة دانيXي في خليعنXXدما يكXXون تركXXيز أيونXXات الخارصXXين

مXXوالر، وتركXXيز أيونXXات النحXXاس 0.001درجة مئوية . 25موالر عند 1

E = E - 0.0592/2 ln0.001/1cell

0

cell

=1.1 + 0.089 = 1.19 V

مثال على معادلة نيرنست

التوازن وحالة الخلية جهد

للخلية الكهربائي التفريغ في االستمرار عنديصبح ان الى باالنخفاض جهدها يبدا الفولتائية

في للخلية العام التفاعل يصبح وعندئذ صفرالتوازن = ثابت التفاعل وحاصل توازن حالةعلى نحصل نيرنست معادلة في وبالتعويض

مايلي حرارة درجة أي في

KnF

RTE ln

303.2

م� 25عند K

nE ln

0592.0

جهد الخلية والطاقة الحرة G = 2.303RTlnK --------- )1(∆

2.303RT / nF lnk -- ------- )2( =ەEمعادلة نحصل 2على 1بقسمة وبالتبسيط

على ∆ E �� G = - nFە

� ∆ يجب ان تكون بالجول Gوان وحدة الْْ ويمكن استخدام العالقة اعالة في جميع درجات

الحرارةG = - n FE∆

خاليا التركيز

خاليXا التركXيز خاليXا تتXألف من قطXبين XXار كهربXXا تيXXد فيهXXابهين يتولXXي ائمتش

نتيجXXXXة الختالف تركXXXXيز المحلXXXXولين الموجXXXودين في القطXXXبين ، ويكXXXون سXXXريان التيXXXار في اتجXXXاه يميXXXل إلى

مساواة التركيز في المحلولين .

تركيز أعلى

تركيز أقل

كاثودالاختزال(

(

دانوالاكسد(

)ة

Cu Cu + 2e ++

Cu + 2e Cu++

أ أو وخلية الزئبق كسيد(وأ ) الفضة كسيد

وهي تلك الخاليا المستخدمة في

االجهزه الحساسة والدقيقة مثل

الساعات الكاميرات و واجهزة السمعاليدوية

اهم وبعض الحاسبات (صغيرة 1: مميزاتها

(ثبوت 2الحجم (تعمل في 3جهدها

محيط قاعدي

الزئبقية الخلبية تركيب

اما االنود الخارصين من فيتكون لكاثودايتكونو الفوالذ Hgoمن

من االلكتروليتية المادة عجينة عن KOHعبارةالزئبق اوكسيد على Hgoالحاوية

تفاعالتها 2e +Zn+ 2OH- → ZnO + H2O االنود

+2e → Hg + 2OH- HgO + H2O الكاثود

العام +HgO → ZnO +Hg Zn التفاعلل

الجافة) ( البطارية

تستخدم في اجهزة الراديو والمسجل •والحاسبة مثل خلية النور العراقية وتتكون

من لكاثوديتكون من اناء الخارصين اما ا االنود

فيتكون من قضيب من الكرافيت وهي عبارة عن عجينة االلكتروليتية المادة

تتكون من كلوريد الخارصين وكلوريد االمونيوم وثنائي اوكسيد المنغنيز ومسحوق

الكاربون وقليل من الماء توضع في اناء الخارصين

التفاعالت معقدة وتعتمد على سرعة التفريغ فاذا كان التفريغ بطئ تحصل التفاعالت

التالية

77

Zn + 2MnO ZnMn O22 4

العام التفاعل

2MnO + Zn + 2e ZnMn O22 4

++

عند الكاثود

) اختزال (-

Zn Zn + 2e++

(تاكسد) االنودعند -

قضيب كربون

الكاثود

علبة خارصيناالنو

د معجون من

MnOو ZnCl

22

الجافة ) (ال البطارية الجافة خلية

نضيدة الخزن الرصاصية

تستعمل في تشغيل السيارة مثل نضيدة وتتكون بطارية السيارة من بابل العراقية

ست خاليا متصلة مع بعضها على التوالي الخلية كاثودخلية باالنود للبحيث يتصل

فولت فيكون 2 األخرى، وتنتج كل خلية فولت12مجموع ما تنتجه البطارية كاملة

بينطمن ق نضيدة الخزن الرصاصيةتألف تتمتلئ به (Pb )اسفنجي من رصاص االنود

عبارة الكاثود الصفائح الشبكية الرصاصية (تمتلئ به PbO2) عن ثنائي اوكسيد الرصاصالصفائح الشبكية الرصاصية

حامض محلول هو االلكتروليتي المحلولتتراوح النضيدة شحن عند كثافته الكبريتيك

gm/ml 1.3-1.2بين حامض • من جزء يستهلك االستعمال نتيجة

الكبريتيك

Pb + PbO + 2HSO + 2H 2PbSO + 2H O22 4

+4

_التفاعل

الكلي

(تاكسد) االنودعند ا

عند كاثودال

) اختزال (

Pb + HSO PbSO + 2e + H4

+4

_ -

PbO + HSO + 3H + 2e PbSO + 2H O22 4

+4

_ -

الوقود خلية

مثل الفضائية السفن في الخلية هذه تستعملابولو سفينة

الى مباشرة تفاعله بتحويل الوقود تستخدمالى تحويله الى اللجوء دون كهربائية طاقة

كهربائية الى ثم وسط. 2حرارية في تعملمن مؤلف و% 25قاعدي % 75ماء

البوتاسيوم درجة. 3هيدروكسيد عند تعملالمادة 200 سيولة على للمحافظة م�

للشحن. 4االلكتروليتية قابلة . 5غيراالنود على االكسدة سهل غاز فيها يستعمل

غاز الكاثود H2مثل على االوكسجين وغاز

الوقود خلية تفاعالت

2e + H2+ 2OH- → 2H2O االنود•

- O2+ H2O +2e → 2OH 1/2الكاثود •

العام • → - H2+ 1/2 O2التفاعل

H2O

الى • ويضاف الناتج الماء بخار يكثف حيثالسفينة في الفضاء لرواد الشرب ماء خزان

OH 22

KOH

محلول

الكاثوداختزال(

(

االنوداكسد(

)ة

1.23V

86

الخاليا االنعكاسية وغير االنعكاسية

عنXدما تصXبح الخليXة غXير قXادرة على انتXاج جهXد كهXربي يقXال عنهXا بأنهXا خليXة ميتXة ، وهXذا يعXني أن التفXاعالت الكيميائيXة الXتي

Xار الكهربXد التيXد انتهت أو ائتولXون قXي تكوصXXلت إلى حالXXة االتXXزان ، وفي بعض الخاليXا يكXون من الممكن اعXادة توليXدها أو اعXXادة شXXحنها ، كمXXا هXXو الحXXال في

الخاليXا االنعكاسXية وتسXمى خليXة دانيXالw وذلXك بالتXأثير عليهXا بجهXد خXارجي مثالw من جهXXد الخليXXة وفي اتجXXاه أعلى قليال

معاكس .

�w النXه من الممكن اعXادة شXحن خليXة ونظXرا

بالخليXة المنعكسXةدانيXال لXذا فإنهXا تسXمى

. فعنXXXد تطXXXبيق هXXXذه القXXXوة تنعكس

التفXاعالت الكيميائيXة في الخليXة فيتأكسXد

النحXXاس ويXXذوب ، ويخXXتزل الخارصXXين

فيترسXXب . وبXXذلك يمكن اعXXادة توليXXد

جميXع المXواد الXتي اسXتهلكت أثنXاء التفاعXل

التلقائي الذي يتم في الخلية .

الخاليا االنعكاسية

فXXإن التفXXاعالت البطاريXXة الجافXXةأمXXا

الكيميائيXXة فيهXXا تنتهي وال يمكن عكس

التفXاعالت الكيميائيXة فيهXا ، لXذا فإنXه ال

يمكن توليXXد التيXXار في هXXذا النXXوع من

الخاليXا ، لXذلك يقXال عن هXذا النXوع من

الخاليا بالخاليا غير المنعكسة .

االنعكاسية الغير الخاليا

تصوروا..... كيف تكون الحياة دون بطاريات ؟