⚡
الباب الرابع

الكيمياء الكهربية

دراسة التحول المتبادل بين الطاقة الكيميائية والطاقة الكهربية من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال.

🔋

الخلايا الجلفانية (Galvanic Cells)

أنظمة يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية نتيجة لحدث تفاعل أكسدة واختزال تلقائي.

خلية دانيال

  • الأنود (-): قطب الخارصين (Zn) - تحدث عنده أكسدة: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
  • الكاثود (+): قطب النحاس (Cu) - تحدث عنده اختزال: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
  • القنطرة الملحية: التوصيل غير المباشر ومعادلة الأيونات الزائدة وتمنع تراكم الشحنات.
  • E° cell = 1.1 V
⚡

أنواع الخلايا الجلفانية

الخلايا الأولية (Primary)

  • لا يمكن إعادة شحنها اقتصادياً. تفاعلات غير انعكاسية.
  • ١. خلية الزئبق
    أنود: Zn | كاثود: HgO. menghasilkan 1.35V
  • ٢. خلية الوقود
    لا تستهلك كباقي الخلايا، تزود بالهيدروجين المتجدد وتنتج ماء للشرب كناتج ثانوي لرواد الفضاء.

الخلايا الثانوية (Secondary)

  • يمكن إعادة شحنها. تفاعلات انعكاسية وتخزن الطاقة الجلفانية كيميائياً.
  • ١. مركم الرصاص
    أنود: Pb | كاثود: PbO₂ | إلكتروليت: H₂SO₄. بطارية السيارة (12V).
  • ٢. بطارية أيون الليثيوم
    أخف وزناً وقدرة عالية على تخزين الطاقة. 3V تستخدم في السيارات والموبايلات.
🛡️

تآكل المعادن وحمايتها

الصدأ عبارة عن خلية موضعية يكون فيها الحديد أنوداً وشوائب الكربون هي الكاثود، حيث يختزل الأكسجين الذائب في الماء.

الحماية الكاثودية

تغطية الحديد بفلز أقل نشاطاً (القصدير). عند الخدش، يتآكل الحديد بشكل أسرع!

الحماية الأنودية (المضحي)

تغطية الحديد بفلز أكثر نشاطاً (الخارصين/الجلفنة، أو الماغنسيوم). يتآكل الفلز الواقي بدلاً من الحديد لحمايته تماماً.

⚖️

قوانين فاراداي والتحليل الكهربي

⚖️
القانون العام للتحليل الكهربي

عند إمرار "فاراداي واحد (96500 C)"، فإنه يؤدي إلى ترسيب مساوٍ للكتلة المكافئة الجرامية من المادة.

الكتلة المترسبة = (كمية الكهرباء بالـ C × الكتلة المكافئة) ÷ 96500

تطبيقات عملية

🥄
الطلاء الكهربي
تغطية فلز رخيص بطبقة لامعة أو واقية من الذهب/الفضة.
🏭
استخلاص الألومنيوم
من خام البوكسيت باستخدام الكريوليت لخفض الانصهار.
💎
تنقية المعادن
للحصول على نحاس 99.95% وإزالة الذهب والفضة.