الكيمياء الكهربائية هي مجال الكيمياء الذي يدرس التفاعلات التي تنطوي على نقل الإلكترونات وتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.
يتم تطبيق الكيمياء الكهربائية في تصنيع العديد من الأجهزة المستخدمة في حياتنا اليومية ، مثل البطاريات والهواتف المحمولة والمصابيح وأجهزة الكمبيوتر والآلات الحاسبة.
تفاعلات الأكسدة
في الكيمياء الكهربائية ، التفاعلات المدروسة هي تلك الأكسدة والاختزال. تتميز بالخسارة والمكاسب الإلكترونات. هذا يعني أن ملف نقل الإلكترون من نوع إلى آخر.
كما يوحي اسمها ، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال في خطوتين:
- أكسدة: فقدان الإلكترونات. يسمى العنصر الذي يسبب الأكسدة عامل مؤكسد.
- تخفيض: كسب الإلكترون. يسمى العنصر الذي يسبب التخفيض بالعامل المختزل.
ومع ذلك ، لمعرفة من يكسب ومن يفقد الإلكترونات ، يجب أن تعرف عدد أكسدة العناصر. انظر مثال الأكسدة والاختزال هذا:
الزنك (ق) + 2 ح+(عبد القدير) → Zn2+(عبد القدير) + ح2(ز)
عنصر الزنك (Zn2+) يتأكسد بفقدان إلكترونين. في الوقت نفسه ، تسبب في تقليل أيون الهيدروجين. ومن ثم فهو العامل المختزل.
الأيون (H)+) يكتسب إلكترونًا يخضع لعملية الاختزال. نتيجة لذلك ، تسبب في أكسدة الزنك. إنه عامل مؤكسد.
معرفة المزيد عن أكسدة.
البطاريات والتحليل الكهربائي
تشمل دراسة الكيمياء الكهربائية البطاريات والتحليل الكهربائي. الفرق بين العمليتين هو تحويل الطاقة.
- ال الخلية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، بطريقة عفوية.
- ال يحول التحليل الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، لذلك ليس بشكل عفوي.
معرفة المزيد عن طاقة.
الأكوام
الخلية ، التي تسمى أيضًا الخلية الكهروكيميائية ، هي نظام يحدث فيه تفاعل الأكسدة والاختزال. يتكون من قطبين كهربائيين وإلكتروليت ، ينتجان معًا كهرباء. إذا قمنا بتوصيل بطاريتين أو أكثر معًا ، يتم تكوين بطارية.
القطب هو سطح موصل صلب يسمح بتبادل الإلكترونات.
- يسمى القطب الذي تحدث فيه الأكسدة بالقطب الموجب ، ويمثل القطب السالب للبطارية.
- القطب الذي يحدث فيه التخفيض هو الكاثود ، القطب الموجب للبطارية.
يتم تحرير الإلكترونات عند الأنود وتتبع سلك موصل إلى الكاثود ، حيث يحدث الاختزال. وبالتالي ، ينتقل تدفق الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب.
جسر الإلكتروليت أو الملح هو محلول إلكتروليت ينقل الإلكترونات ، مما يسمح بتدويرها في النظام.
في عام 1836 ، بنى جون فريدريك دانييل نظامًا أصبح معروفًا باسم دانييل بايل. متصل ، بسلك معدني ، قطبين.
يتكون أحد الأقطاب من لوح معدني من الزنك ، مغمور في محلول مائي من كبريتات الزنك (ZnSO)4) ، يمثل الأنود.
يتكون القطب الآخر من صفيحة نحاسية معدنية (Cu) مغمورة في محلول كبريتات النحاس (CuSO)4) ، يمثل الكاثود.
يحدث اختزال النحاس عند الكاثود. وفي الوقت نفسه ، يحدث في الأنود أكسدة الزنك. حسب التفاعل الكيميائي التالي:
كاثود: الحمار2+(عبد القدير) + 2 هـ- | → نحاس0(ق) |
الأنود: Zn0(ق) | → زد2(عبد القدير) + 2 هـ-|
معادلة عامة: Zn0(ق) + النحاس2+(عبد القدير) | → نحاس0(ق) + Zn2+(عبد القدير) |
"|" يمثل اختلافات الطور بين المواد المتفاعلة والمنتجات.
التحليل الكهربائي
ال التحليل الكهربائي إنه تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث بطريقة غير تلقائية ، بسبب مرور التيار الكهربائي القادم من مصدر خارجي.
يمكن أن يكون التحليل الكهربائي ناريًا أو مائيًا.
التحليل الكهربائي الناري هو الذي تتم معالجته من إلكتروليت منصهر ، أي بعملية الاندماج.
في التحليل الكهربائي المائي ، المذيب المؤين المستخدم هو الماء. في محلول مائي ، يمكن إجراء التحليل الكهربائي باستخدام أقطاب كهربائية خاملة أو أقطاب كهربائية نشطة (أو تفاعلية).
التطبيقات
الكيمياء الكهربائية حاضرة جدًا في حياتنا اليومية. بعض الأمثلة هي:
- ردود الفعل في جسم الإنسان.
- تصنيع الأجهزة الإلكترونية المختلفة ؛
- شحن البطاريات
- الطلاء الكهربائي: طلاء أجزاء الحديد والصلب بالزنك المعدني ؛
- أنواع مختلفة من التطبيقات في الصناعة الكيميائية.
يتكون الصدأ في المعادن من أكسدة الحديد المعدني (Fe) إلى كاتيون الحديد (Fe2+) عند وجود الهواء والماء. يمكننا اعتبار الصدأ نوعًا من التآكل الكهروكيميائي. الطلاء بالزنك المعدني ، من خلال عملية الطلاء الكهربائي ، يمنع الحديد من ملامسة الهواء.
تمارين
1. (FUVEST) - الأول والثاني هما معادلات التفاعلات التي تحدث تلقائيًا في الماء ، بالمعنى المشار إليه ، في ظل الظروف القياسية.
أنا. Fe + Pb2+ → Fe+2 + الرصاص
II. الزنك + الحديد2+ → زد2+ + الحديد
عند تحليل ردود الفعل هذه ، بمفردها أو معًا ، يمكن القول أنه في ظل الظروف القياسية
أ) يتم نقل الإلكترونات من الرصاص2+ للحديد.
ب) يجب أن يحدث تفاعل عفوي بين الرصاص والزنك2+.
ج) الزنك2+ يجب أن يكون مؤكسد أفضل من الحديد2+ .
د) يجب أن يقلل الزنك تلقائيًا من الرصاص2+ للرصاص.
ه) الزنك2+ يجب أن يكون مؤكسد أفضل من الرصاص2+.
د) يجب أن يقلل الزنك تلقائيًا من الرصاص2+ للرصاص.
2. (Unip) يمكن حماية الأجسام الحديدية أو الفولاذية من التآكل بعدة طرق:
ط) تغطية السطح بطبقة واقية.
II) ملامسة الجسم لمعدن أكثر نشاطًا مثل الزنك.
III) ملامسة الجسم لمعدن أقل نشاطًا مثل النحاس.
هذا صحيح:
أ) فقط أنا.
ب) فقط II.
ج) فقط ثالثا.
د) فقط الأول والثاني.
ه) فقط الأول والثالث
د) فقط الأول والثاني.
3. (Fuvest) في كومة من النوع الشائع في محلات السوبر ماركت ، يتكون القطب السالب من الغلاف الخارجي للزنك. شبه التفاعل الذي يسمح للزنك بالعمل كقطب سالب هو:
أ) الزنك+ + و- → زد
ب) الزنك2+ + 2 هـ- → زد
ج) Zn → Zn+ + و-
د) Zn → Zn2+ + 2 هـ
ه) الزنك2+ + Zn → 2Zn+
د) Zn → Zn2+ + 2 هـ
