ما هي الكيمياء الكهربائية؟
الكيمياء الكهربائية هي واحدة من فروع علم الكيمياء التي تُعنى بدراسة العمليات الكيميائية التي تسبب تحرك الإلكترونات، ويطلق على التفاعلات الكيميائية التي تعمل على توليد التيارات الكهربائية اسم التفاعلات الكهروكيميائية، حيث تنقسم هذه التفاعلات إلى قسمين رئيسيين: تفاعلات التغيير الكيميائي بالطاقة الكهربائية، ويطلق عليها اسم ظاهرة التحليل الكهربائي، وتفاعلات تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية؛ أي توليد الكهرباء عن طريق تفاعلات الأكسدة والاختزال.[١][٢]
ما هي الخلية الكهروكيميائية؟
تُعرف الخلايا الكهروكيميائية (بالإنجليزية: Electrochemical Cell) بأنها أجهزة يمكنها إنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة الكيميائية في تفاعل تلقائي، والعكس أيضًا أي إنتاج الطاقة الكيميائية من الطاقة الكهربائية، وتُعرف التفاعلات التلقائية أو العملية الكيميائية التلقائية، على أنها التفاعلات التي تحدث من تلقاء نفسها، وفي هذه التفاعلات تتناقص طاقة جيبس الحرة للنظام (Gibbs free energy).
على سبيل المثال ينتج عن التفاعلات التلقائية، مثل تفاعلي الأكسدة والاختزال، تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، في الخلية الكهروكيميائية، وتكون العملية العكسية ممكنة أيضًا حيث يحدث تفاعل كيميائي غير تلقائي عن طريق إمداد وسط التفاعل بالكهرباء، في الخلية الكهروكيميائية.[٣][١]
أنواع الخلايا الكهروكيميائية
تتكون الخلايا الكهروكيميائية من عدة أنواع:[١][٤]
- الخلايا الجلفانية (galvanic cells) أو الخلية الفولتية (Voltaic cells).
- الخلايا الإلكتروليتية (electrolytic cells).
- خلايا الوقود (Fuel cells).
- الخلايا القابلة لإعادة الشحن (rechargeable cells).
- الخلايا غير القابلة لإعادة الشحن (non-rechargeable cells).
قانون فاراداي للتحليل الكهربائي
أعطى فاراداي العلاقة بين كمية الشحنة الكهربائية التي تمر عبر الإلكتروليت وكمية المادة المزودة في الأقطاب الكهربائية في عام 1834، على شكل قانوني التحليل الكهربائي:[٥]
- فاراداي - القانون الأول للتحليل الكهربائي: يعد هذا القانون من القوانين الأساسية للتحليل الكهربائي، والذي ينص على أنه أثناء التحليل الكهربائي، تتناسب كمية التفاعل الكيميائي الذي يحدث في أي قطب كهربائي تحت تأثير الطاقة الكهربائية مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الإلكتروليت.
- فاراداي - القانون الثاني للتحليل الكهربائي: وينص قانون فاراداي الثاني للتحليل الكهربائي، على أنه إذا تم تمرير نفس الكمية من الكهرباء عبر إلكتروليتات مختلفة، فإن كتل الأيونات المودعة في الأقطاب الكهربائية تتناسب طرديًا مع معادلاتها الكيميائية.
تطبيقات الخلايا الكهروكيميائية
تستخدم الخلايا الكهروكيميائية في العديد من التطبيقات بدءاً من البطاريات اليومية الموجودة في كل منزل، وإلى توليد الطاقة الكهربائية وتزويد المنازل في المناطق النائية بالكهرباء، وفي ما يلي بضعاً من الأمثلة الواسعة التي تمثل تطبيقات الخلايا الكهروكيميائية:[٦]
- تُستخدم الخلايا الإلكتروليتية في التكرير الكهربائي للعديد من المعادن غير الحديدية، وتستخدم أيضًا في استخلاص هذه المعادن بالكهرباء.
- تستخدم الخلايا الإلكتروليتية في إنتاج الرصاص، والزنك، والألمنيوم، والنحاس عالي النقاء.
- يمكن استخلاص الصوديوم المعدني من كلوريد الصوديوم المنصهر عن طريق وضعه في خلية التحليل الكهربائي وتمرير تيار كهربائي من خلاله.
- تتكون العديد من البطاريات مثل بطارية الرصاص الحمضية، من خلايا جلفانية.
- تعمل خلايا الوقود كمصادر رئيسية للطاقة النظيفة في عدة مواقع نائية.
المراجع
- ^ أ ب ت "What Is Electrochemistry?", byjus, Retrieved 10/3/2023. Edited.
- ↑ is the study of,redox or oxidation-reduction reaction "Electrochemistry", libretexts, Retrieved 9/3/2023. Edited.
- ↑ "Electrochemical Cells", alevelchemistry, Retrieved 9/3/2023. Edited.
- ↑ are two types of,or an AC power source "Electrochemistry", khanacademy, Retrieved 9/3/2023. Edited.
- ↑ states, during electrolysis, the,electricity passed through the electrolyte "Faraday’s Laws of Electrolysis", byjus, Retrieved 10/3/2023. Edited.
- ↑ a battery).-,Applications of Electrochemical Cells,the use of electrolytic cells "Electrochemical Cell", byjus, Retrieved 9/3/2023. Edited.
