الكيمياء الكهربائية

الكيمياء الكهربائية

الكيمياء الكهربائية هي احد فروع علم الكيمياء يهتم بدراسة التفاعلات الكهروكيميائية

التيار الكهربائي هو الشحنات المنتقلة خلال وسيط ناقل مثل انتقال الالكترونات خلال سلك موصل او انتقال الايونات في محلول الكتروليتي ويقاس بالامبير

الكولوم وهو وحدة قياس الشحنة الكهربائية ويعادل كمية الشحنة الموجودة 6.25x10¹⁸الكترون.

الامبير وحدة قياس شدة او مقدار التيار الكهربائي الذي يسببه مرور كولوم واحد خلال وسيط ناقل خلال ثانية واحدة  .

الفولت وحدة قياس الجهد ويمثل فرق الجهد الذي يسببه مرور تيار شدته امبير خلال وسيط ناقل مقاومته آوم واحد

وعي التفاعلات التي التي تنتج اوتستهلك طاقة وتكون على نوعين :-

تفاعلات مولدة للطاقة الكهربائية وهي التفاعلات التي ينتج عنها طاقة كهربائية وتكون تلقائية أي ان  G∆ تكون سالبة و E∆ تكون موجبة وهي التفاعلات تحدث في الخلايا الكلفانية (الفولتائية)

تفاعلات مستهلكة للطاقة الكهربائية وهي التفاعلات التي تستهلك طاقة كهربائية وتكون لاتلقائية  أي ان G∆ تكون موجبة و E∆ تكون سالبة وهي التفاعلات تحدث في الخلايا الالكتروليتية أي خلايا التحلل الكهربائي.مثل خلايا الطلاء الكهربائي

ماهي الخلية ؟و وما هو الانود؟ وما هو الكاثود؟

الخلية جهاز كهربائي ناتج عن ربط قطبين يسري بينهما تيار كهربائي وهي على توعين كما قلنا الخلايا الكلفانية (الفولتائية) والخلايا الالكتروليتية

اما الانود هو مصدر الالكترونات وتحدث عنده عملية التاكسد

اما الكاثود هو مستورد الالكترونات وتحدث عنده عملية الاختزال

على الانودعلماً بأن الوزن الذري للصوديوم =23 ؟

عدد الفراداي= عدد الكولومات/ 96500 

              = 1930/96500 =0.02 فراداي  

عدد الفراداي= وزن Na /وزته الذري x التكافؤ

0.02         = وزن Na /23 x1

وزن Na = 0.46 غم

عدد الفراداي= (حجم الغاز في ظروف قياسية/ 22.4) x
 ( 2 التكافؤ ( للجزيئة)

0.02 = حجم Cl₂ في ظروف قياسية / 22.42 x  

 أذن حجم Cl₂ = 0.224 لتر = 224  C m³

ما السبب في استخدام سلك من البلاتين قطعة البلاتين الاسود في قطب الهيدروجين؟

1. لقابلية قطعة البلاتين على امتزاز جزيئات غاز الهيدروجين.

2. لان البلاتين اقل فعالية من غاز H₂ لذلك لاتحصل له عملية تاكسد

3. لان البلاتين له القابلية على التوصيل الكهربائي في حين ان  H₂ غير موصل للكهربائية..

ترميز ( تمثيل ) الخلايا الكلفانية

كتابة الانود يكتب الطور الصلب اولا ومن ثم المحلول الالكتروليتي وتركيزه يوضع بين قوسين ويفصل بين

الطورين خط عمودي

                          Zn / ZnSO4(aq.,1M)         كتابة الكاثود  يكتب الطور الالكتروليتي وتركيزه اولا ومن ثم الطور الصلب ويفصل بين الطوؤين خط عمودي CuSO4(aq.,1M )  / Cu                    

التعبير عن الخلية

يكتب الانود على اليسار والكاثود الى اليمين واذا كان║بينهما جسر ملحي فيوضع بينهما خطين متوازيين عموديين وفي حالة وجود حاجز مسامي فيوضع خط عمودي واحد│

جهد الخلية وحالة التوازن

عند الاستمرار في التفريغ الكهربائي للخلية الفولتائية يبدا جهدها بالانخفاض الى ان يصبح صفر وعندئذ يصبح التفاعل العام للخلية في حالة توازن وحاصل التفاعل = ثابت التوازن وبالتعويض في معادلة نيرنست نحصل على مايلي

في أي درجة حرارة

عند 25 مْ

تركيب الخلبية الزئبقية

الانود يتكون من الخارصين اما الكاثود فيتكون من الفولاذ و Hgo

المادة الالكتروليتية عبارة عن عجينة من KOH الحاوية على اوكسيد الزئبق Hgo

تفاعلاتها

الانود 2e  +Zn+ 2OH^{-  →}  ZnO + H₂O

الكاثود 2e → Hg + 2OH^-     HgO + H₂O+

التفاعلل العام HgO  → ZnO +Hg      Zn+

 
(البطارية الجافة )

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

الانود يتكون من اناء الخارصين اما الكاثود فيتكون من قضيب من الكرافيت

المادة الالكتروليتية وهي عبارة عن عجينة تتكون من كلوريد الخارصين وكلوريد الامونيوم وثنائي اوكسيد المنغنيز ومسحوق الكاربون وقليل من الماء توضع في اناء الخارصين

التفاعلات معقدة وتعتمد على سرعة التفريغ فاذا كان التفريغ بطئ تحصل التفاعلات التالية

المحلول الالكتروليتي هو محلول حامض الكبريتيك كثافته عند شحن النضيدة تتراوح بين 1.2-1.3 gm/ml

نتيجة الاستعمال يستهلك  جزء من حامض الكبريتيك

خلية الوقود

تستعمل هذه الخلية في السفن الفضائية مثل سفينة ابولو

     تستخدم الوقود بتحويل تفاعله مباشرة الى طاقة كهربائية دون اللجوء الى تحويله الى حرارية ثم الى كهربائية 2. تعمل في وسط قاعدي مؤلف من 25% ماء و75% هيدروكسيد البوتاسيوم 3. تعمل عند درجة 200 مْ للمحافظة على سيولة المادة الالكتروليتية 4.غير قابلة للشحن 5. يستعمل فيها غاز سهل الاكسدة على الانود مثل غاز H₂ وغاز الاوكسجين على الكاثود

             تفاعلات خلية الوقود

الانود 2e                      + H₂+ 2OH^{-  →}  2H₂O

الكاثود 1/2 O₂+  H₂O +2e ^→ 2OH^-                         

التفاعل العام                      H₂+ 1/2 O₂ ^{-  →}  H₂O   

حيث يكثف بخار الماء الناتج ويضاف الى خزان ماء الشرب لرواد الفضاء في السفينة