الكهربائية الكيمياءالكهربائية • يهتم الكيمياء الكيمياء علم فروع احد هي

التفاعالت الكهروكيميائيةبدراسةالكهربائي • وسيط التيار خالل المنتقلة الشحنات هو

او موصل سلك خالل االلكترونات انتقال مثل ناقلويقاس الكتروليتي محلول في االيونات انتقال

باالمبير ويعادل الكولوم • الكهربائية الشحنة قياس وحدة وهو

الموجودة الشحنة الكترون.6.25x1018كميةالكهربائي االمبير• التيار مقدار او شدة قياس وحدة

ناقل وسيط خالل واحد كولوم مرور يسببه الذيواحدة . ثانية خالل

الذي الفولت• الجهد فرق ويمثل الجهد قياس وحدةناقل وسيط خالل امبير شدته تيار مرور يسببه

واحد 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

ولكXXXXن أXXXXي نوع مXXXXن التفاعالت الكيميائيXة ذلXك الذي يمكXن أXن ينتXج

طاقة كهربائية ؟ إنها بالتأكيد تفاعالت األكسدة

واالختزال .

تفاعالت األكسXXXXXدة واالختزال هXXXXXي : التفاعالت التXXXXي يحدث فيهXXXXXXXا انتقال لإللكترونXXات مXن ذرة إلXى أخرى بحيXث

التاكسXXXXدي عدد اليحدث تغييXXXXر فXXXXي 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 األكسXXXXXدة عمليXXXXXةعمليXة حدوث عنXXد أنXه بمعنXى متالزمتاناختزال عمليXXة حدوث مXXن البXXد أكسXXدةتفاعXXل نصXXف منهمXXا كXXل يشكXXل بحيXXثعلXXى نحصXXل وبجمعهمXXا لألخXXر مكمXXليمكXن المثال سXبيل فعلXى الكلXي التفاعXللنحصXل السXابقين التفاعXل نصXفي جمXع

أعاله . واالختزال األكسدة تفاعل على

Zn + Cu Zn + Cu ++ ++

ماهوالعامل المؤكسد ولكن ماهو العامل المختزل

العامXXل المؤكسXXد : المادة التXXي تختزل وتؤكسXXد غيرهXXا أXXي المادة التXXي ينقXXص

عدد اكسدتها في التفاعل . العامXXل المختزل : المادة التXXي تتأكسXXد وتختزل غيرهXا أXي المادة التXي يزداد عدد

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 ؟

إXXXن سXXXبب عدم حصXXXولنا علXXXى تيار كهربXي فXي هذه الحالXة يرجXع إلXى أXن االلكترونات تنتقXXXل مباشرة مXXXن فلXXXز الخارصXين إلXى أيونات النحاس عXبر مXا

، ولحXXXل هذه بالدائرة القصXXXيرةيعرف المشكلXة البXد مXن فصXل نصXفي التفاعXل

أXو )مسXامي(باسXتخدام غشاء شبXه منفXذفXXي كأسXXين مختلفيXXن بحيXXث نجعXXل

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

++ ++

حوXل اكتشاف الخاليا بداية القصةالكهربائية

عام الحXXXظ 1786فXXXي مأطراف ك ارتعاش لفانXXXXXي

عضالتXه لمXس عنXد الضفدعمختلفين . بمعدنين

أول خلية كهر وكيميائية

لفولتXXXXXXا كانالسXXXبق فXXXي صXXXXXناعة أول

عرفهXا بطاريXةالتاريXXXخ فXXXي حوالXXXXي عام

م.1800

الكيميائي التغير العالقة بين والطاقة الكهربائية

أكXXد فارادي فXXي م 1825عام

عXXXXXن طريXXXXXق تجاربXXXXXه فXXXXXي التحليXXXXXXXXXXXXXل

ائيXXXXXXXXXة الكهربالعالقXXXXة بيXXXXن التغيXر الكيميائXي

الطاقXXXXXXXXXXXXة و .الكهربائية

ة مXن قطXبين لفانيX- تتألXف الخليXة الك1يتXXم فXXي أحدهمXXا تفاعXXل أكسXXدة وفXXي

األخر تفاعل اختزال .

- يعرف القطXXب الذي يتXXم فيXXه نصXXف 3د ، القطXXبX الذي انوتفاعXXل األكسXXدة بال

.كاثوديتم فيه نصف تفاعل االختزال بال

لفانيXة ك- يحدث التفاعXل فXي الخليXة ال2تلقائيا .

انواع الخاليا الكهربائية لفانيةكالخلية ال 1

- تتجXXه االلكترونات فXXي الخليXXة مXXن 5 حيXXXXXXXث تتولXXXXXXXد انودال

حيXXث تسXXتهلك كاثودااللكترونات إلXXى الااللكترونات عXبر سXلك معدنXي يصXل بيXن

الفولتميتXرن معدنييXن ويمXر السXلك بطXبيقللكشف عن التيار.

لفانيةكتركيب الخلية ال

- بجمXXع نصXXفي التفاعXXل اللذان يحدثان 4فXي القطXبين نحصXل علXى التفاعXل الكلXي

الذي يتم في الخلية .

- يصXل بيXن المحلوليXن فXي الخليXة جسXر 6ملحXXي وهXو عبارة عXن انبوب يحتوي علXى

مثلالكتروليت قويKCl, NaCl, K2SO4 اليتغير كيميائيا اثناء

عمل الخلية لماذا ....... الجسر

اح بانتقال سمية وللائالكمال الدائرة الكهربالملحي ؟األيونات من وإلى المحلولين .

عتXXXبر يالملحي جسXXXرال وعلXXXى هذا فإXXXن مخزنا لأليونات الموجبXة والسXالبة ووسXيلة النتقال األيونات مXXن أحXXد القطXXبين إلXXى

وازناألخXXر لغرض الحفاظ علXXى حالXXة التي فXXي المحلوليXXن والذي يعتXXبر ائXXالكهرب

شرطا أسXXاسيا السXXتمرار سXXريان التيار ي .ائالكهرب

الملحيجسرالوظيفة

من أشهر الخاليا الكهروكيميائية

ر النحاس مغموقطXبوالتXي تتألXف مXن يحتوي علXXى محلول كXXبريتات اناءفXXي

مXXXن الخارصXXXين قطXXXبالنحاس ، و يحتوي علXXXى محلول اناء فXXXي رمغمو

كXXXبريتات الخارصXXXين ، ويصXXXل بيXXXن يرتبXXXXط ن سXXXXلك معدنXXXXي طXXXXبيالق

، ويصXل بيXن المحلوليXن مXا بالفولتميتيXريعرف بالجسXر الملحXي الكمال الدائرة

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

وهXXي خليXXة مسXXتهلكة للتيار الكهربائXXي تحول الطاقXXة الكهربائيXXة مXXن مصXXدر خارجXXي الXXى طاقXXة كيمياويXXة بهيئXXة عناصXر مترسXبة او متحررة عنXد القطXبين وعملهXا يكون غيXر تلقائXي ومXن 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

هXي عمليXة اكسXاء اداة مصXنوعة مXن فلXز بفلXز اخXر واالداة قXد تكون قائXش سXاعة او خاتXم وغيرهXا ليكسXبها منظرا مرغوب فيXه او ليقيهXا مXن التاكXل والصXدأ فنجعXل الفلXز

المراد الطالء به مثل الفضة او الذهب امXXا القطعXXة المراد طالئهXXا انود الخليXXة

تنظXXXف ونجعلهXXXا كاثود الخليXXXة ومحلول 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 المادة المتحررة أXو القانون األولالمترسXXبة فXXي خليXXة التحليXXل الكهربXXي تتناسXب طرديا مXع كميXة الكهرباء المارة

في المحلول . Q W t I x = W

هو الزمن tهو التيار الكهربائي ، Iحيث

كمية Q أي أن :الكهربائية

: كتلXXة المادة المتحررة القانون الثانXXيأXXXو المترسXXXبة فXXXي خليXXXة التحليXXXل

ي تتناسXXXب طرديا مXXXع الوزن ائXXXالكهربرامي .غالمكافئ ال e W e / F = W أي

أن : رامXXXXي غ الوزن المكافXXXXئ الeحيXXXXث ويساوي . ثابت التناسب = F/1، التكافXXXXXXXؤ عدد الذري/ الوزن

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 بأXن علXى 23= للصXوديومالذري 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 ائXXالجهXXد الكهرب : هXXوجهXXد القطXXبالناشXئ عXن تفاعXل األكسXدة واالختزال الذي يتXXXم فXXXي القطXXXب . ويكون هذا

ي ، جهXXد أكسXXدة فXXي ائXXالجهXXد الكهربحالXXة حدوث تفاعXXل األكسXXدة وجهXXد اختزال فXXي تفاعXXل االختزال ، وقيمXXة هذيXن الجهديXن للقطXب الواحXد متسXاوية

مع اختالف اإلشارة .

ي في ائهل يمكن قياس الجهد الكهربجهXXد القطXXب قيمXXة فيزيائيXXة مطلقXXة ال ؟ األقطاب المنفردة

يمكXن قياسXها للقطXب الواحXد ، ولكXن إذا تXXم توصXXيل قطXXبين ببعضهمXXا فباإلمكان قياس فرق الجهXXد بيXXن القطXXبين . يعرف فرق الجهXXXXXد هذا بفرق جهXXXXXد الخليXXXXXة الكهروكيميائيXXة الذي يمكXXن أXXن نرمXXز لXXه

جهXد الخليXة (. ويسXمى أيضا )Eبالحرف

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

أوال : طبيعة المواد ) نوع األقطاب المكونة للخلية (

بال شXXXك تختلXXXف المواد فXXXي قابليتهXXXا للتفاعXXXل الكيميائXXXي سXXXواء أكسXXXدة أXXXو اختزال ، وفرق جهXXXXXXXXXXXد الخليXXXXXXXXXXXة الكهروكيميائيXXة يعتمXXد علXXى قوة نصXXفي التفاعXل اللذان يتمان فXي الخليXة ، فكلمXا

لعمليXة األكسXدة انودازدادت قابليXة مادة ال لعمليXXة االختزال زاد كاثودوقابليXXة مادة ال

فرق جهXد الخليXة لذا فإننXا نجXد تفاوتا فXي قيمXXXة فرق الجهXXXد الناتXXXج باختالف نوع

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

ثانيا: تركيز المحاليل في الخلية

تتأثXXXXر قيمXXXXة فرق جهXXXXد الخليXXXXة الكهروكيميائيXXXة بتركيXXXز المحلوليXXXن الموجوديXXن فXXي القطXXبين ، وهذا أمXXر واضXح فكمXا عرفنXا فإXن الجهXد المتولXد فXXي الخليXXة يعتمXXد عXXل قوة تفاعXXل األكسXXدة و االختزال اللذان يتمان فXXي الخليXة ، وقوة نصXفي التفاعXل بدورهمXا يتأثران بتركيXXز المحلوليXXن المكونيXXن

للخلية .

Zn + Cu Zn + Cu++++

الجهد انتاج اتجاهيائالكهرب

ويمكن توضيح هذا األثر بشكل أكبر من خالل شاتلييXه فلXو طبقنXا هذا المبدأ ي لXقاعدة مبدأ

علXXى التفاعXXل الكلXXي الذي يتXXم فXXي خليXXة فXي Znدانيال نالحXظ أنXه بزيادة تركيXز أيونات

د فإXن التفاعXل يتجXه فXي االتجاه العكسXي انوالأXXXي فXXXي االتجاه الذي يقXXXل فيXXXه الجهXXXد

ي الناتXXج وكذلXXك فXXي حال نقصXXان ائXXالكهرب الموجودة فXXXي Cu++تركيXXXز أيونات النحاس

.كاثودال

++

جهد القطب القياسي وفرق جهد الخلية Eالقياسي

0

يعرف فرق جهXد الخليXة الكهروكيميائيXة عنXد الظروف القياسXية بفرق جهXد الخليXة القياسXXXي ، كمXXXا تعرف جهود األقطاب عنXXXXXXXXXXد هذه الظروف بجهود األقطاب القياسXXية ، والظروف القياسXXية للخاليXXا

موالر للمحاليXل و ضغXط 1هXي : تركيXز درجXXXXة 25واحXXXXد للغازات عنXXXXد جوي

مئوية .

كيفية تعيين جهود األقطاب القياسية .

ال يوجXد قطXب معروف الجهXد ، ولغرض تحديXد جهود األقطاب القياسXية تXم اختيار قطXXب الهيدروجيXXن القياسXXي كقطXXب مرجXXXXXXع لقياس جهود األقطاب األخرى وتXXXXXم االتفاق علXXXXXى اعطاء قطXXXXXب الهيدروجيXXن القياسXXي جهXXد افتراضXXي يسXاوي الصXفر ، وعليXه فإذا أردنXا تحديXد جهد أي قطب مXا علينXا اال توصيله بقطب

الهيدروجين عند الظروف القياسية .

فيكون فرق الجهXXXXد المسXXXXجل علXXXXى الفولتميتXXر فXXي الخليXXة مسXXاويا لجهXXد القطXب المجهول وذلXك الن جهXد قطXب الهيدروجيXXن يسXXاوي صXXفر ، ويكون هذا الجهXد المعيXن للقطXب جهXد أكسXدة إذا كان التفاعXل الذي يتXم فيXه تفاعXل أكسXدة ، وجهXد اختزال إذا كان التفاعXل الذي يتXم فXXXي القطXXXب تفاعXXXل اختزال . وبهذه

ي لكXل ائXالطريقXة تXم تحديXد الجهXد الكهرباألقطاب المعروفXXة . ورتبXXت فXXي جدول

كجهود أكسدة أو اختزال .

كيفية تعيين جهود األقطاب القياسية .

السلسلة الكهروكيميائية

السلسلة الكهروكيميائية عبارة عن جدول يضXXم جهود األقطاب القياسXXية لكثيXXر مXXن العناصXر والمواد مرتبXة كجهود أكسXدة أXو اختزال تXXم تحديدهXXا نسXXبة إلXXى قطXXب

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

بليلقا

د ازدا

تال

تزالخ

ل

ل عام

ة كقو

الداد

تزدة

سأك

العناصXXر والمواد ذات جهXXد القطXXب الموجب

)التXXي تعلوا عنصXXر الهيدروجيXXن فXXي المتسXXلسلة( مواد ذات قابليXXة لعمليXXة االختزال )عوامXل أكسXدة( أمXا العناصXر والمواد التXXXي تقXXXع أسXXXفل عنصXXXر الهيدروجيXXن مواد ذات قابليXXة لعمليXXة

األكسدة )عوامل اختزال(

كلمXا ايجابا القطXب جهXد قيمXة زادت كلمXاوزادت االختزال لعمليXXXة القابليXXXة زادت ، صXحيح والعكXس أكسXXدة كعامXXل القوةقيمXXXة أعلXXXى لXXXه الذي العنصXXXر فيكونقابليXXXة ) ( المواد أكثXXXر الفلور موجبXXXةكعامXXXل المواد وأقوى االختزال لعمليXXXةقيمXة أصXغر لXه الذي الليثيوم ،أمXا أكسXدةقابليXXة المواد أكثXXر فهXXو القطXXب لجهXXد

اختزال . كعامل وأقواها لألكسدة

فكXل عنصXر أXو مادة فXي المتسXلسلة تسXتطيع أكسXدة المادة التXي تقXع أسXفل منXXXه ، وكXXXل عنصXXXر يسXXXتطيع اختزال المادة التXي تعلوه ، وعلXى هذا فإXن مXن أهXم فوائXد السXلسلة الكهروكيميائيXة أننXا نسXXتطيع توقXXع مXXا إذا كان تفاعXXل مXXا

يمكن أن يحدث تلقائيا أم ال .

الهيدروجين قطبالقياسي

من انبوبة زجاجية يتألف قطب الهيدروجين القياسي غاز ذات فتحة جانبية يمر من خاللها تيار مستمر

درجة 25تحت ضغط جوي واحد عند الهيدروجينويمتد 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 موالر1صفر 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(

االنوXداكسد(

)ة

+0.34 V

جهد اختزال النحاس

H2

1 جوي ضغط

موالر1

درجة 25مئوي

االنوXداكسد(

)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 التعبيروالكاثود • اليسار على االنود يكتب

كان واذا اليمين جسر ║الى بينهمامتوازيين خطين بينهما فيوضع ملحي

حاجز وجود حالة وفي عموديينواحد عمودي خط فيوضع │مسامي

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

الكهروكيميائية الخلية جهد حسابالقياسي

الخلية جهد حساب يمكنمن القياسي الكهروكيميائية

العالقة : E = E + ECell CaAn

كاثود))

(انود)

000

أمثلة ومسائل الممثلة الكهروكيميائية الخلية جهد احسب

التالي : التفاعل في

جهد بأن 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 إلXى عالقXة رياضيXة تربXط بيXن جهXد الخليXة الكهXر

أXXي وكيميائيXXة وتركيXXز المحاليXXل فيهXXا الخاليXXا الغيXXر القياسXXية وفXXي درجات الحرارة المختلفXXXXXة أXXXXXي قياس جهود الخاليXXا التXXي تكون فعاليتهXXا ال تسXXاوي

وصيغت في القانون التالي : واحد

lnnFRTEE 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 مطلقةRT2.303 = 0.0592 م25وعليه ستكون المعادلة عند

F

F = ت فاراديXئ 96487 ثابXكولوم/ مكاف فهXي ثابXت االتزان للتفاعXل ، وعنXد K. أمXا

التعويXض بهذه القيXم فXي المعادلXة السXابقة درجXXة مطلقXXة نحصXXل علXXى 298عنXXد

التالية :المعادلةالعالقة في ا

العالقة بين الجهد والتركيز

kn

EE ln0592.0

0

0

ي فXي خليXة دانيال ائX احسXب الجهXد الكهربعندمXXXا يكون تركيXXXز أيونات الخارصXXXين

موالر، وتركيXXXXXXXز أيونات النحاس 0.001درجة مئوية . 25موالر عند 1

E = E - 0.0592/2 ln0.001/1cell0

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

KnFRTE ln303.2

Kم 25عند n

E ln0592.0

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 ال ويمكن استخدام العالقة اعالة في جميع درجات

الحرارةG = - n FE∆

خاليا التركيز

خاليXا التركيXز خاليXا تتألXف مXن قطXبين ي ائXXمتشابهيXXن يتولXXد فيهXXا تيار كهرب

نتيجXXXXة الختالف تركيXXXXز المحلوليXXXXن الموجوديXXXن فXXXي القطXXXبين ، ويكون سXXXريان التيار فXXXي اتجاه يميXXXل إلXXXى

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 الكاثودالعام +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 الماءX 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 كربونالكاثود

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 خليةمثل الفضائية السفن في الخلية هذه تستعمل

ابولو سفينةالى 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

الوقوXد خلية تفاعالت2e + 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(

(

االنوXداكسد(

)ة

1.23V

86

الخاليا االنعكاسية وغير االنعكاسية

عندمXا تصXبح الخليXة غيXر قادرة علXى انتاج جهXد كهربXي يقال عنهXا بأنهXا خليXة ميتXة ، وهذا يعنXي أXن التفاعالت الكيميائيXة التXي

ي تكون قXد انتهXت أXو ائXتولXد التيار الكهربوصXلت إلXى حالXة االتزان ، وفXي بعXض الخاليXا يكون مXن الممكXن اعادة توليدهXا أXXو اعادة شحنهXXا ، كمXXا هXXو الحال فXXي

الخاليXا االنعكاسXية وتسXمى خليXة دانيالمثال وذلXك بالتأثيXXر عليهXا بجهXد خارجXي أعلXى قليال مXن جهXد الخليXة وفXي اتجاه

معاكس .

� النXه مXن الممكXن اعادة شحXن خليXة ونظرا بالخليXة المنعكسXةدانيال لذا فإنهXا تسXمى

. فعنXXXXد تطXXXXبيق هذه القوة تنعكXXXXس التفاعالت الكيميائيXة فXي الخليXة فيتأكسXد النحاس ويذوب ، ويختزل الخارصXXXXXXXين فيترسXXب . وبذلXXك يمكXXن اعادة توليXXد جميXع المواد التXي اسXتهلكت أثناء التفاعXل

التلقائي الذي يتم في الخلية .

الخاليا االنعكاسية

فإXXن التفاعالت البطاريXXة الجافXXةأمXXا الكيميائيXة فيهXا تنتهXي وال يمكXن عكXس التفاعالت الكيميائيXXة فيهXXا ، لذا فإنXXه ال يمكXXن توليXXد التيار فXXي هذا النوع مXXن الخاليXا ، لذلXك يقال عXن هذا النوع مXن

الخاليا بالخاليا غير المنعكسة .

االنعكاسية الغير الخاليا

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