مبادئ الكيمياء الكهربية

مبادئ الكيمياء الكهربية

• الكيمياء الكهربية هي فرع من الكيمياء يهتم بدراسة العلاقات بين التفاعلات الكيميائية وتوليد أو استهلاك الطاقة الكهربائية.
• تشمل التفاعلات الكيميائية التي تنتج طاقة كهربائية تفاعلات الأكسدة والاختزال.
• تفاعلات الأكسدة والاختزال هي تفاعلات تنتقل فيها الإلكترونات بين المواد المتفاعلة.

الخلايا الكهروكيميائية

• الخلية الكهروكيميائية هي جهاز يستخدم لتوليد طاقة كهربائية من تفاعل كيميائي، أو لقياس الطاقة الكهربائية اللازمة لإحداث تفاعل كيميائي.
• تنقسم الخلايا الكهروكيميائية إلى نوعين رئيسيين: الخلايا الجلفانية والخلايا التحليلية.
  • الخلايا الجلفانية: خلايا تولد طاقة كهربائية من تفاعل كيميائي تلقائي.
  • الخلايا التحليلية: خلايا تستخدم طاقة كهربائية لإحداث تفاعل كيميائي غير تلقائي.

الخلايا الجلفانية

• في الخلايا الجلفانية، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية نتيجة تفاعل أكسدة-اختزال تلقائي.
• تتكون الخلية الجلفانية من: قطبين (أنود وكاثود) ومحلولين يحتويان على أيونات في محلول إلكتروليت.
• الأُنود هو القطب المسؤول عن عملية الأكسدة، وفيه تنتقل الإلكترونات من المادة إلى الإلكترود.
• الكاثود هو القطب المسؤول عن عملية الاختزال، وفيه تكتسب المادة الإلكترونات من الإلكترود.

الخلايا التحليلية

• في الخلايا التحليلية، يتم استخدام الطاقة الكهربائية لإحداث تفاعل كيميائي غير تلقائي.
• عادة ما تستخدم هذه الخلايا لتطهير المعادن أو فصل العناصر.
• تتكون الخلية التحليلية من قطبين (أنود وكاثود) ومحلول إلكتروليت.
• يتم تطبيق جهد كهربائي على الخلية لتحفيز عملية الاختزال على الكاثود و عملية الأكسدة على الأُنود.

قوانين فاراداي

• قوانين فاراداي تصف العلاقة بين كمية الشحنات الكهربائية التي تمر عبر الخلية التحليلية وكمية المادة التي تترسب أو تتفاعل.
• القانون الأول: كمية المادة المتفاعلة أو المنفصلة تتناسب طردياً مع كمية الشحنات المارة.
• القانون الثاني: كمية المادة المتفاعلة أو المنفصلة تتناسب طردياً مع عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة نتيجة للتفاعل.

قوى الدفع الكهربية (emf)

• قوى الدفع الكهربية emf هي قيمة الجهد الكهربائي الذي تولدها الخلية الجلفانية عند حالة التوازن.
• تعتمد قيمة emf على نوعي المواد المتفاعلة، وتركيزات المحاليل، ودرجة الحرارة.
• قيمة emf هي مؤشر على طاقة الخلية ومدى تلقائية التفاعل.

الخلايا الشمسية

• الخلايا الشمسية هي خلايا تحويل مباشرة لطاقة الضوء الى طاقة كهربائية.
• تعتمد على مبادئ الكيمياء الكهربية، حيث يتم توليد تيار كهربائي عند اصطدام الضوء بمواد خاصة تسمح بامتصاص الطاقة وافراز الإلكترونات الحرة.
• تستخدم الخلايا الشمسية على نطاق واسع في توليد الطاقة المتجددة.

أهمية الكيمياء الكهربية

• تلعب الكيمياء الكهربية دوراً هاماً في عدة مجالات، مثل:
  • توليد الطاقة الكهربائية.
  • معالجة المعادن.
  • تحليل المكونات الكيميائية.
  • تطوير البطاريات.
  • تطوير الخلايا الشمسية.

تتناول هذه المسائل الكيمياء الكهربية، حيث ندرس تفاعلات الأكسدة والاختزال والعلاقة بين التفاعلات الكيميائية والطاقة الكهربائية. كما نتعرف على الخلايا الكهروكيميائية وأنواعها مثل الجلفانية والتحليلية.