القسم ٨
الكيمياء الكهربائية: الأكسدة والاختزال وأعداد التأكسد والخلايا الجلفانية والجهد والبطاريات والتحليل
Electrochemistry
الأكسدة والاختزال والعوامل المؤكسدة والمختزلة وأنصاف التفاعلات، قواعد حساب أعداد التأكسد، الخلايا الجلفانية والأنود والكاثود والقنطرة الملحية، جهد الاختزال القياسي وجهد الخلية وشرط التلقائية، البطاريات الأولية والثانوية وخلايا الوقود، والتآكل والجلفنة والتحليل الكهربائي.
الأقسام الفرعية
أمثلة محلولة
مثال ١
فقدان الذرة للإلكترونات يُسمّى:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٢
ما العامل المختزِل في المعادلة: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s) ؟
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٣
عدد تأكسد الكبريت في مركّب H₂SO₄:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٤
جهد الاختزال القياسي لقطب الهيدروجين القياسي يساوي:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٥
احسب جهد الخلية Sn(s) + Cu²⁺(aq) → Sn²⁺(aq) + Cu(s)، علمًا أن E°(Sn²⁺) = −0.1 V و E°(Cu²⁺) = +0.3 V:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٦
إذا كان التفاعل تلقائيًّا فإن جهد الخلية:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٧
تُستخدم خلايا وقود في تزويد سفن الفضاء بالماء والكهرباء، وتعتمد على غاز:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
مثال ٨
تُسمّى عملية تغليف الحديد بفلز أكثر مقاومة للتأكسد:
◎ توقّع الإجابة أولًا:
نصائح الإتقان
- • أكسدة = فقد إلكترونات (عدد التأكسد يزيد)، اختزال = اكتساب (يقلّ). العامل المختزِل يتأكسد، والمؤكسِد يُختزل.
- • لحساب عدد التأكسد: الحرّ = 0، الأيون = شحنته، O = −2 (فوق أكسيد −1)، H = +1، ومجموع المركّب المتعادل = 0.
- • الأنود قطب الأكسدة (سالب)، الكاثود قطب الاختزال (موجب)، والإلكترونات تتدفّق من الأنود إلى الكاثود عبر السلك.
- • جهد الخلية E°cell = E°(كاثود) − E°(أنود)؛ والتفاعل تلقائي إذا كان موجبًا. والأعلى جهد اختزال هو الأسهل اختزالًا.
- • البطارية الأولية تُستعمل مرة (الجافة/القلوية)، والثانوية قابلة للشحن (السيارة)، وخلايا الوقود تستعمل الهيدروجين.
أخطاء شائعة
- عكس تعريفي العامل المؤكسِد والمختزِل: العامل المؤكسِد يُختزل هو نفسه (يكسب إلكترونات)، والعامل المختزِل يتأكسد (يفقد إلكترونات).
- الخطأ في عدد تأكسد الأكسجين في فوق الأكاسيد: الأكسجين −2 عادةً، لكنه −1 في فوق الأكاسيد مثل H₂O₂.
- الخلط بين الأنود والكاثود: تذكّر: الأنود = أكسدة (سالب في الجلفانية)، الكاثود = اختزال (موجب)؛ والإلكترونات من الأنود إلى الكاثود.
- استعمال E°cell = E°أنود − E°كاثود: الصحيح E°cell = E°(الكاثود) − E°(الأنود)؛ والقيمة الموجبة تعني تفاعلًا تلقائيًّا.
- الخلط بين الخلية الجلفانية والتحليل الكهربائي: الجلفانية تُنتج كهرباءً من تفاعلٍ تلقائي، والتحليل الكهربائي يستهلك كهرباءً ليُحدث تفاعلًا غير تلقائي.