حدد مكونات الخلية الجلفانية، وفسّر دور كل مكوّن في عملية تشغيل الخلية~؟
إجابة الطالب المختصرة من خلال موقع بوابة الإجابات هي
تتكون الخلية الجلفانية من أنود وكاثود وقنطرة ملحية وسلك توصيل بين القطبين. تحدث التأكسد على الأنود في حين يحدث الاختزال على الكاثود. وتسمح القنطرة الملحية بحركة الأيونات من محلول إلى آخر، كما يسمح السلك بمرور الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود.
الخلية الجلفانية، أو الخلية الفولتية، هي جهاز يحول الطاقة الكيميائية الناتجة عن تفاعل أكسدة-اختزال تلقائي إلى طاقة كهربائية. تتكون الخلية الجلفانية من المكونات الأساسية التالية:
**1. قطبان (Electrode):**
* **الأنود (Anode):** هو القطب الذي تحدث عنده عملية **الأكسدة** (فقدان الإلكترونات). عادةً ما يكون مصنوعًا من معدن نشط كيميائيًا، مثل الزنك (Zn) في خلية دانيال التقليدية. يتأكسد المعدن الموجود في الأنود ليتحول إلى أيونات موجبة تدخل المحلول، تاركًا وراءه الإلكترونات على سطح الأنود.
* **الدور:** مصدر الإلكترونات في الدائرة الكهربائية.
* **الكاثود (Cathode):** هو القطب الذي تحدث عنده عملية **الاختزال** (اكتساب الإلكترونات). عادةً ما يكون مصنوعًا من معدن أقل نشاطًا من الأنود، أو مادة أخرى قادرة على استقبال الإلكترونات، مثل النحاس (Cu) في خلية دانيال. تنتقل الإلكترونات من الأنود عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود، حيث تتفاعل مع الأيونات الموجودة في المحلول (مثل أيونات النحاس) وتختزلها إلى ذرات.
* **الدور:** مستقبل الإلكترونات من الدائرة الكهربائية.
**2. محلول إلكتروليتي (Electrolyte Solution):**
* **الدور:** يوفر وسيلة لنقل الأيونات بين الأنود والكاثود. يجب أن يكون المحلول الإلكتروليتي قادرًا على توصيل التيار الكهربائي عن طريق حركة الأيونات. عادةً ما تستخدم محاليل الأملاح القابلة للذوبان في الماء، مثل كبريتات الزنك (ZnSO₄) حول الأنود، وكبريتات النحاس (CuSO₄) حول الكاثود في خلية دانيال.
**3. قنطرة ملحية (Salt Bridge):**
* **الدور:** هذه هي الميزة الرئيسية التي تسمح باستمرار عمل الخلية.
* **توصيل الدائرة:** توفر القنطرة الملحية مسارًا داخليًا لإكمال الدائرة الكهربائية بين نصفي الخلية. بدون القنطرة الملحية، سيتراكم الشحنات الموجبة حول الأنود (بسبب تراكم أيونات الزنك) والشحنات السالبة حول الكاثود (بسبب استهلاك أيونات النحاس)، مما يوقف التفاعل في النهاية.
* **معادلة الشحنات:** تحتوي القنطرة الملحية على محلول إلكتروليتي خامل، مثل كلوريد البوتاسيوم (KCl) أو نترات الأمونيوم (NH₄NO₃). تتحرك الأيونات الموجودة في القنطرة الملحية (K⁺ و Cl⁻ في حالة KCl) لتعويض تراكم الشحنات في نصفي الخلية. تنتقل الأنيونات (Cl⁻) إلى نصف خلية الأنود لتعويض الشحنات الموجبة المتزايدة، وتنتقل الكاتيونات (K⁺) إلى نصف خلية الكاثود لتعويض الشحنات السالبة المتزايدة. بهذه الطريقة، تحافظ القنطرة الملحية على الحياد الكهربي في كلا نصفي الخلية، مما يسمح للتفاعل بالاستمرار.
**4. دائرة خارجية (External Circuit):**
* **الدور:** توفر مسارًا للإلكترونات للانتقال من الأنود إلى الكاثود، مما ينتج عنه تيار كهربائي يمكن استخدامه لتشغيل جهاز. تتكون الدائرة الخارجية عادةً من سلك موصل ومقاومة (مثل مصباح) أو جهاز قياس (مثل فولتميتر).
**كيف تعمل الخلية الجلفانية (مثال: خلية دانيال):**
1. **الأكسدة في الأنود:** ذرات الزنك (Zn) في الأنود تفقد إلكترونين (تتأكسد) وتتحول إلى أيونات زنك (Zn²⁺) تدخل محلول كبريتات الزنك. Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
2. **انتقال الإلكترونات:** تنتقل الإلكترونات الناتجة عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود.
3. **الاختزال في الكاثود:** أيونات النحاس (Cu²⁺) الموجودة في محلول كبريتات النحاس تكتسب الإلكترونات القادمة من الدائرة الخارجية (تختزل) وتتحول إلى ذرات نحاس (Cu) تترسب على سطح الكاثود. Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
4. **معادلة الشحنات بواسطة القنطرة الملحية:** الأيونات الموجودة في القنطرة الملحية تتحرك لتعويض تراكم الشحنات في نصفي الخلية، مما يحافظ على الحياد الكهربي ويسمح للتفاعل بالاستمرار.
5. **استمرار التيار:** تستمر هذه العملية حتى استهلاك أحد المتفاعلات (الزنك في الأنود أو أيونات النحاس في الكاثود) أو حتى تنتهي صلاحية القنطرة الملحية.
**باختصار:**
* **الأنود:** يوفر الإلكترونات (الأكسدة).
* **الكاثود:** يستقبل الإلكترونات (الاختزال).
* **المحلول الإلكتروليتي:** يوفر وسيلة لنقل الأيونات.
* **القنطرة الملحية:** تحافظ على الحياد الكهربي وتكمل الدائرة.
* **الدائرة الخارجية:** تسمح للإلكترونات بالتدفق وتنتج تيارًا كهربائيًا.
اذا كان لديك إجابة افضل او هناك خطأ في الإجابة علي سؤال حدد مكونات الخلية الجلفانية، وفسّر دور كل مكوّن في عملية تشغيل الخلية~ اترك تعليق فورآ.
