وجه المقارنةالخلايا الإلكتروليتيةالخلايا الجلفانية التعريفهى الأنظمة التى يتم فيها تحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة كيميائية ضمن تفاعل أكسدة واختزال يحدث بشكل غير تلقائى.هى الأنظمة التى يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية ضمن تفاعل أكسدة واختزال يحدث بشكل تلقائى. الأنودالقطب الموجب وتحدث عنده عملية الأكسدةالقطب السالب وتحدث عنده عملية الأكسدة الكاثودالقطب السالب وتحدث عنده عملية الاختزال.القطب الموجب وتحدث عنده عملية الاختزال
مقارنة بين الخلايا الأولية والثانوية: الخلايا الأوليةالخلايا الثانوية أنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة بداخلها إلى طاقة كهربية من خلال تفاعل أكسدة واختزال تلقائى غير انعكاسىأنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة بداخلها إلى طاقة كهربية من خلال تفاعل أكسدة واختزال تلقائى انعكاسى لا يمكن إعادة شحنها (غير انعكاسية)يمكن إعادة شحنها (انعكاسية) أمثلة: الخلية الجافة خلية الزئبقأمثلة: بطارية النيكل – كادميوم بطارية السيارة
مقارنة بين أنواع الخلايا الجلفانية: المقارنةالخلية الجافةخلية الزئبقبطارية النيكل - كادميومالمركم الرصاصى نوع الخليةخلية أوليةخلية أوليةخلية ثانويةخلية ثانوية القطب السالب (الأنود)الخارصين Znالخارصين Znالكادميوم Cdشبكة من الرصاص مملؤة برصاص أسفنجى (Pb) القطب الموجب (الكاثود)عجينة رطبة من ثانى أكسيد المنجنيز تحيط بعمود من الكربون (الجرافيت)أكسيد الزئبق (HgO)النيكل (Ni)شبكة من الرصاص مملؤة بعجينة من ثانى أكسيد الرصاص (PbO) الإلكتروليتكلوريد الأمونيوممحلول هيدروكسيد البوتاسيوممحلول هيدروكسيد البوتاسيومحمض الكبريتيك المخفف تفاعل الأكسدةZn Zn2++ 2eZn Zn2++ 2eCd Cd2+ + 2ePb Pb2+ +2e تفاعل الاختزال2MnO2 2MnO(OH)Hg2+ +2e Hg2Ni3+ + 2e- 2Ni2+PbO2+4H++2e- Pb2+ + 2H2O التفاعل الكلىZn+2MnO2+2NH4+ Zn2++2MnO(OH)+2NH3 Zn +HgO ZnO + HgCd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2 +2Ni(OH)2Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O الرمز الاصطلاحى للخلية الجفانيةZn|Zn2+||2Mn4+|2Mn3+Zn|Zn2+||Hg2+|HgCd|Cd2+||2Ni3+|2Ni2+Pb|Pb2+||Pb4+|Pb2+ ق.د.ك1.5 فولت1.35 فولت1.2 فولت2 فولت مثال: على الخلايا الجلفانية (خلية دانيال) تفسير عمل الخلية: عند توصيل الأقطاب بسلك عند الأنود (قطب الخارصين) أكسدة: Zn Zn2+ + 2e- عند الكاثود (قطب النحاس) اختزال: Cu2+ + 2e- Cu دور القنطرة الملحية: الوصول إلى حالة التعادل الكهربى لمحلول نصفى الخلية وعدم تشبع أيها بأيونات موجبة أو سالبة زائدة. ملاحظة: فى الخلايا الجلفانية يعتبر الأنود هو القطب السالب لأنه تحدث عنده عملية أكسدة تؤدى إلى انطلاق إلكترونات تسرى خلال السلك إلى الكاثود ولذلك يعتبر الأنود القطب السالب بينما الكاثود الذى يستقبل الإلكترونات هو القطب الموجب. تعتبر الخلايا الجلفانية خلايا انعكاسية بتوصيلها ببطارية تمدها بكمية كهربية أكبر قليلا من قيمتها يحدث انعكاس للتفاعلات. [1] الخلايا الأولية: (أ) الخلية الجافة: التفاعلات التى تحدث فى الخلية الجافة: عند الأنود (أكسدة): Zn Zn2+ + 2e- عند الكاثود (اختزال) 2NH4+ + 2e- + 2MnO2 2NH3 + 2MnO(OH) وبجمع المعادلتين السابقتين نحصل على المعادلة: Zn + 2NH4+ + 2MnO2 Zn2+ + 2NH3 + 2MnO(OH) (ب) خلية الزئبق: التفاعل الكلى الحادث فى الخلية هو: Zn + HgO ZnO + Hg يجب التخلص من هذه البطارية بطريقة آمنة بعد الاستخدام لأن الزئبق مادة سامة. [1] الخلايا الثانوية: (أ) بطارية نيكل - كادميوم القلوية: تركيبها: (1) الكادميوم (أنود). (2) النيكل (كاثود). (3) محلول إلكتروليتى قلوى (KOH) هيدروكسيد البوتاسيوم. التفاعل الكلى: 2NiO(OH) + Cd + 2H2O 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 ق. د. ك = 1.3 فولت (ب) بطارية الرصاص الحامضية (بطارية السيارة) التفاعلات التى تحدث داخل مركم الرصاص: أولاً: أثناء التفريغ: عند غلق الدائرة الخارجية تتم التفاعلات الآتية: (أ) عند الأنود (المصعد) (أكسدة): Pb + SO42+ PbSO4 (ب) عند الكاثود (المهبط) (اختزال): PbO2(s) + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O التفاعل الكلى للتفريغ: Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- تفريغ 2PbSO4 + 2H2O ثانياً: إعادة الشحن: توصل البطارية بمصدر تيار كهربى بجهد أكبر قليلاً من الجهد الذى تعطيه البطارية فتنعكس التفاعلات. 2PbSO4 + 2H2O شحن Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- تطبيقات التحليل الكهربى: [1] الطلاء بالكهرباء: مثال: طلاء ملعقة من النحاس بطبقة من الفضة: ننظف سطح الملعقة جيداً ونوصلها بالقطب السالب للبطارية بحيث تكون كاثود. نغمر الملعقة فى إلكتروليت يحتوى على أيونات الفضة مثل محلول نترات الفضة. نضع فى الإلكتروليت عمود من الفضة ويوصل بالقطب الموجب للبطارية بحيث يكون أنود. عند إمرار التيار الكهربى المناسب ولفترة زمنية مناسبة يحدث الآتى: عند الكاثود (اختزال) Ag+ + 2e- Ag عند الأنود (أكسدة) Ag Ag+ + e- [2] تنقية المعادن: مثال تنقية النحاس 99% إلى 99.95%: النحاس 99% يحتوى على شوائب من الحديد والخارصين والذهب والفضة وهى تعوق سريان التيار ويمكن تنقيته كالآتى: يوصل النحاس الغير نقى بالقطب الموجب للبطارية بحيث يكون أنود. يوصل سلك من النحاس النقى بالقطب السالب للبطارية بحيث يكون كاثود. الإلكتروليت يحتوى على أيونات نحاس مثل محلول كبريتات النحاس. عند مرور التيار تتجه الأيونات نحو الأقطاب المخالفة لها فى الشحنة ويحدث الآتى: عند الكاثود (اختزال) Cu2+ + 2e- Cu عند الأنود (أكسدة) Cu Cu2+ + 2e- شوائب البلاتين والفضة والذهب تترسب فى قاع المحلول. شوائب الخارصين والحديد تتأكسد عند الأنود ولا يتم اختزلها. [3] استخلاص الألومنيوم من خام البوكسيت: يوصل جسم إناء الخلية المصنوع من الحديد والمبطن بطقة من الكربون (الجرافيت) بالقطب السالب للمصدر الكهربى ليعمل ككاثود. توصل إسطوانات الجرافيت بالقطب الموجب لتعمل كأنود. عند مرور التيار الكهربى فى البوكسيت المذاب فى مصهور الكريوليت (يستخدم بدلاً منه مخلوط من أملاح فلوريدات كل من الألومنيوم والصوديوم والكالسيوم حيث يعطى مع البوكسيت مصهوراً يتميز بانخفاض درجة إنصهاره وكذلك انخفاض كثافته والذى يسهل فصل الألومنيوم المنصهر) المحتوى على القليل من الفلورسبار. وتحدث التفاعلات الآتية: أكسدة عند الأنود: 3O-- 3/2 O2 + 6e- اختزال عند الكاثود: 2Al3+ + 6e- 2Al يتفاعل الأكسجين المتصاعد مع أقطاب الجرافيت مكوناً غازات أول وثانى أكسيد الكربون. 2C + 3/2 O2 CO + CO2 بطارية السيارة تمثل خلية انعكاسية. · لأنه عند إمدادها بمصدر خارجى للتيار المستمر جهده أكبر قليلاً من البطارية فتنعكس التفاعلات والأقطاب. بطارية النيكل كادميوم قلوية وبطارية الرصاص حامضية. · لأن المحلول الإلكتروليتى فى بطارية النيكل – كادميوم هو هيدروكسيد البوتاسيوم بينما فى بطارية الرصاص هو حمض الكبريتيك. العناصر التى تقع فى قمة متسلسلة الجهود عوامل مختزلة قوية. · لأن جهود أكسدتها عالية فتعمل كعوامل مختزلة. الأنود هو القطب السالب فى الخلية الجلفانية. · لتراكم الإلكترونات الناتجة من عملية الأكسدة على سطحه وتتأين ذراته إلى أيونات موجبة تدخل المحلول. عناصر مؤخرة السلسلة عوامل مؤكسدة قوية. النحاس موصل إلكترونى بينما كبريتات النحاس موصل إلكتروليتى. الكاثود هو القطب الموجب فى الخلية الجلفانية. يحل الماغنسيوم محل النحاس فى محاليل أملاحه بينما لا يحل النحاس محل الحديد فى محاليل أملاحه.
