دراسة عمليات الأكسدة والاختزال التي تتحول من خلالها الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وبالعكس.

نقدم لكم سؤال جديد مع إجابة نموذجية جديدة من كتاب الكيمياء للسنة الثالثة ثانوي الفصل الدراسي الثاني حيث كان يقول هذا:

سؤال: دراسة عمليات الأكسدة والاختزال التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية والعكس

. لمعرفة الإجابة الفريدة لهذا السؤال، تابعونا.

دراسة عمليات الأكسدة والاختزال التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وبالعكس.

الجواب الصحيح هو:

“الكيمياء الكهربائية” لأنها دراسة عمليات الأكسدة والاختزال التي من خلالها تتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية والعكس

.

الخلايا الفولتية

• في الخلايا الجلفانية، تحدث الأكسدة عند الأنود (الأنود)، مما ينتج إلكترونات تتدفق نحو الكاثود (الكاثود)، حيث يحدث الاختزال.

• التواصل مع الحياة إذا تم قطع ورقة نقدية من فئة الريال الواحد إلى نصفين، فماذا يمكن فعله بأحد النصفين؟ ولا يمكن استخدامه دون النصف الآخر.

• وينطبق هذا أيضًا على الخلايا الجلفانية، التي تتكون من نصفين؛ يجب أن يتواجدوا معًا لإنتاج الطاقة.

الأكسدة في الكيمياء الكهربائية

• الكيمياء الكهربائية هي دراسة عمليات الأكسدة والاختزال التي يتم من خلالها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية والعكس.
  

• من المعروف أن جميع تفاعلات الأكسدة والاختزال تنطوي على نقل الإلكترونات من المواد المؤكسدة إلى المواد المختزلة.

• يوضح كل من الشكلين 5-1 و5-2 تفاعل الأكسدة والاختزال البسيط.

• تتأكسد ذرات الزنك لتكوين أيونات الزنك +Zn².

• يكتسب أيون Cu+ الإلكترونين اللذين فقدتهما ذرة الزنك لتكوين ذرة النحاس.

• توضح المعادلة الأيونية الشاملة التالية نقل الإلكترونات:

• Zn+Cu➡️zn2+Cu

نصف رد فعل

التفاعل النصفي يتكون هذا التفاعل من تفاعلي الأكسدة والاختزال التاليين:

• تفاعل الأكسدة النصفي: فقدان الإلكترونات

• Zn➡️Zn²+2e.

• نصف التفاعل الاختزالي: اكتساب الإلكترونات

• النحاس + 2e➡️cu

• إذًا، ماذا يحدث إذا تم فصل نصف تفاعل الأكسدة عن نصف تفاعل الاختزال؟

• هل يمكن أن يحدث رد الفعل؟ مع الأخذ في الاعتبار الشكل 1أ-5، حيث تم غمس شريط الزنك في محلول كبريتات الزنك، وتم غمس شريط النحاس في محلول كبريتات النحاس.

• هناك مشكلتان تمنعان حدوث تفاعل الأكسدة والاختزال:

• الأول هو أنه لا توجد طريقة لنقل الإلكترونات من ذرات الزنك إلى أيونات النحاس.

• يمكن حل هذه المشكلة عن طريق توصيل شرائح الزنك والنحاس بأسلاك معدنية، كما في الشكل 5-1ب.

• يعمل السلك كمسار لتدفق الإلكترونات من الزنك إلى النحاس.

• أما الثاني فعند وضع الشرائح المعدنية في محاليلها تبدأ الأكسدة بالزنك بينما يبدأ الاختزال بالنحاس.

• إلا أن هذه التفاعلات لا تدوم؛ لأن أيونات الزنك الموجبة تتراكم حول قطب الزنك أثناء أكسدته، كما تتراكم أيونات الكبريتات السالبة حول قطب النحاس أثناء اختزاله.

• يؤدي تراكم الأيونات هذا إلى إيقاف أي تفاعل إضافي.

• لحل هذه المشكلة، يتم استخدام جسر الملح. وهو عبارة عن مسار لتدفق الأيونات من جهة إلى أخرى كما في الشكل 2-5.

• ويتكون من أنبوب يحتوي على محلول موصل (محلول إلكتروليت) من ملح مذاب في الماء مثل KCI.

• ويحفظ داخل الأنبوبة بمادة هلامية أو أي غطاء يسمح بمرور الأيونات من خلالها، على ألا يختلط المحلولين في الكأسين.

• عندما يتم وضع السلك المعدني وجسر الملح في مكانهما، يبدأ تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي.

• تنتقل الإلكترونات عبر السلك من نصف تفاعل الأكسدة إلى نصف تفاعل الاختزال.

• بينما تتحرك الأيونات السالبة والموجبة عبر جسر الملح.

• يسمى تدفق الأجسام المشحونة بالتيار الكهربائي.

• في الشكل 2-5، تتدفق الإلكترونات عبر السلك، وتتدفق الأيونات عبر الجسر الملحي لتشكل ما يعرف بالتيار الكهربائي.

• وتنتج الطاقة التي تدفع الإلكترونات إلى إضاءة المصابيح.

الخلايا الكهروكيميائية

• الخلايا الكهروكيميائية يوضح الشكل 2-5 نوعًا من الخلايا الكهروكيميائية المعروفة باسم الخلية الجلفانية.

• الخلية الكهروكيميائية هي جهاز يستخدم تفاعل الأكسدة والاختزال لإنتاج الطاقة الكهربائية، أو يستخدم الطاقة الكهربائية لإحداث تفاعل كيميائي.

• الخلية الجلفانية هي نوع من الخلايا الكهروكيميائية التي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عن طريق تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي.

• كما سُميت الخلايا الفولتية نسبة إلى أليساندرو فولتا (1745-1827م)، عالم الفيزياء الإيطالي الذي نسب إليه اختراعه عام 1800م. انظر الشكل 3-5.

وفي ختام هذا الموضوع الشيق، وبعد أن تحدثت عن إجابة سؤال: دراسة عمليات الأكسدة والاختزال التي تتحول من خلالها الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية وبالعكس. وكان هذا عبر موقع اعرفها صح، لنشر المحتوى العربي، ومشاركة حلول الأسئلة المتعلقة بالمناهج السعودية، فإننا نتمنى لكم الوصول إلى أعلى مراتب النجاح، والتميز بإذن الله تعالى.