الخلايا الغلفانية

الخلايا الغلفانية هي الخلايا التي تتحول فيها الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، بحيث أن تفاعل التأكسد والاختزال الذي يحدث فيها يؤدي إلى إنتاج التيار الكهربائي، أي أن التفاعل في الخلايا الغلفانية يكون تلقائي.

خصائص الخلايا الغلفانية

• تلقائية الحدوث أي أنها لا تحتاج إلى طاقة لحدوث تفاعلات التأكسد والاختزال.

• تعطي تيار كهربائي.

• قيمة جهد الخلية الكلي دائماً موجبة.

• تتحول الطاقة فيها من كيميائية إلى كهربائية.

• إشارة المصعد سالبة (-)، بحيث التأكسد يحدث عند المصعد.

• إشارة المهبط موجبة (+)، الاختزال يحدث عند المهبط دائماً.

مكونات الخلية الغلفانية

• وعاء يحتوي على محلول لأيونات أحد العناصر بتركيز (1) مول/لتر، مغموس فيه صفيحة من نفس العنصر.

• وعاء آخر يحتوي أيضاً على محلول لأيونات أحد العناصر بتركيز (1) مول/لتر، مغموس فيه صفيحة من نفس العنصر.

• أسلاك توصيل تصل بين الصفيحتين.

• فولتميتر أو جلفانوميتر.

• قنطرة ملحية

أساسيات الخلية الغلفانية

• تتحرك الإلكترونات عبر أسلاك الدائرة الخارجية من المصعد إلى المهبط.

• دائماً الأيونات السالبة في القنطرة الملحية تتجه باتجاه وعاء المصعد (الأنشط).

• اتجاه مؤشر الجلفانوميتر يكون باتجاه المهبط.

• دائماً جهد الخلية الكلي المعياري للخلية الغلفانية موجب وهذا يعني أن الخلية الغلفانية تلقائية الحدوث، وأن العوامل ما قبل السهم في المعادلة الغلفانية تكون قوية، مثل التفاعل التالي: ، حيث الخارصين أنشط من النحاس، يعتبر أقوى عامل مختزل و أقوى عامل مؤكسد، بينما أضعف عامل مؤكسد و أضعف عامل مختزل.

ماهية القنطرة الملحية

وهي عبارة عن أنبوب على شكل حرف () تحتوي على محلول مشبع لأحد الأملاح الأيونية المتأينة بتركيز معين، مثل محلول كلوريد الصوديوم أو نترات البوتاسيوم، حيث تعمل هذه القنطرة على موازنة الشحنات الكهربائية في الخلية أثناء عملها. بحيث أن دائماً الأيونات السالبة في القنطرة الملحية تتجه باتجاه وعاء المصعد، بينما الأيونات الموجبة في القنطرة الملحية تتجه باتجاه وعاء المهبط.

مبدأ عمل الخلية الغلفانية بين الخارصين والنحاس

يعتبر عنصر الخارصين أنشط من عنصر النحاس، في الخلية الغلفانية بين عنصر الخارصين والنحاس، العنصر الخارصين أنشط كيميائياً، ويعتبر أقوى عامل مختزل لذلك تأكسد  عنصر الخارصين حسب المعادلة التالية:

، حيث المعادلة الكلية بين عنصر الخارصين والنحاس كالتالي: ، ْ =1.10 فولت. ويقل وزن صفيحة الخارصين أثناء عملية تأكسد الخارصين، ويزداد تركيز الأيونات الموجبة أي أيونات ()، بينما يعتبر عنصر النحاس أقل نشاط أي أضعف عامل مختزل وتختزل أيونات النحاس حسب المعادلة التالية:. ويزداد وزن صفيحة النحاس ويقل تركيز الأيونات الموجبة () في إناء المهبط.

أمثلة على الخلية الغلفانية

مثال : التفاعل التالي الذي يمثل خلية غلفانية تلقائية الحدوث بين الحديد والكادميوم:

، إيجاد التالي :

1- كيفية كتابة نصف المعادلة التي تحدث عند المصعد؟

2- كيفية كتابة نصف المعادلة التي تحدث عند المهبط؟

3- ماهي شحنة المصعد؟

4- ماهي شحنة المهبط؟

5- توضيح اتجاه حركة الالكترونات عبر أسلاك الدائرة الخارجية؟

6- ماذا يحدث لكتلة كل من ،

7- ماذا يحدث لتركيز كل من ،

8- تحديد صيغة أقوى عامل مختزل وأضعف عامل مختزل؟

9- تحديد صيغة أقوى عامل مؤكسد وأضعف عامل مؤكسد؟

10- تحديد اتجاه حركة مؤشر الجلفانوميتر في الخلية؟

الحل:

1- نصف المعادلة التي تحدث عند المصعد:.

2- نصف المعادلة التي تحدث عند المهبط: .

3- شحنة المصعد سالبة (-).

4- شحنة المهبط موجبة (+).

5- اتجاه حركة الالكترونات عبر أسلاك الدائرة الخارجية، من صفيحة الحديد إلى الكادميوم.

6- يحدث لكتلة : تقل، يحدث لكتلة : تزداد

7- يحدث لتركيز  : تزداد، بينما يحدث لتركيز .

8- أقوى عامل مختزل: ، وأضعف عامل مختزل: .

9- أقوى عامل مؤكسد: ، وأضعف عامل مؤكسد: .

10- اتجاه حركة الجلفانوميتر في الخلية باتجاه المهبط.