يمكننا تعريف الكيمياء الكهربائية بأنها أحد أهمّ فروع علم الكيمياء الذي يهتم بدراسة وتحليل الطاقة الكهربائية الناتجة عن تحليل المواد الكيميائية. وبمعنىً آخر يعنى هذا العلم بدراسة التغيرات الكيميائية الحاصلة عند مرور التيار الكهربائي في محلول معينٍ.

ويعرّف المكافئ الكهروكيميائيّ بأنه كتلة العنصر المحرر عند مرور 1 كولوم من الكهرباء، من خلال الخلية الكهربائية لمدةٍ لا تتجاوز الثانية. يرمز للمكافئ الكهروكيميائي بالرمز (Z). ويعطى بالقانون التالي:

Z= m/it

ففي مركب الـ (FEO) مثلًا، أعطت ذرة الحديد إلكترونين لذرة الأوكسجين. وبذلك يكون تكافؤ الحديد يساوي (2). أما في مركب (Fe2O3)، أعطت كل ذرة حديد ثلاثة إلكترونات. فيكون تكافؤ الحديد حينها يساوي القيمة (3). وفي كلا المركبين السابقين نلاحظ أخذ ذرة الأوكسجين لذرتين فقط، مما يعني أن تكافؤ الأوكسجين يساوي (2).

ويمكن تعريف السلسلة الكهروكيميائية بأنها السلسلة المرتبة بالمواد الكيميائية وفقًا لنشاطها الكيميائي، حيث تتميز المواد التي تعلو هذه السلسلة بخواصها الكيميائية القوية. فنجدها تمتاز بشدة تفاعلها، وأكسدتها العالية على عكس المعادن الموجودة في أسفل هذه السلسلة.

مما يعني قدرة المعادن الموجودة في أعلى القائمة على تشكيل المركبات بسرعة فائقةٍ عن غيرها بفضل تفاعلها السريع، ولذلك يطلق عليها اسم “المعادن النشطة”. أما المعادن المتواجدة في أسفل السلسلة الكهروكيميائية فتتميز باستقرارها الشديد، وعدم قدرتها على التفاعل لتشكيل المركبات. ولهذا يطلق عليها اسم “المعادن النبيلة”، ومن أشهرها الذهب، والنحاس اللذان يدخلان في صناعة المجوهرات والعملات المعدنيّة.

ضمن جدول السلسلة الكهروكيميائية نلاحظ توزع العناصر من الأعلى إلى الأسفل وفقًا لنشاطها الكيميائي. ويعتبر عنصر الهيدروجين نقطة الفصل بين المعادن النشطة والمعادن النبيلة، حيث تمثل المعادن التي تعلو الهيدروجين العناصر الأكثر فعاليةً، بينما تمثل العناصر التي توجد تحت عنصر الهيدروجين المعادن الأقل فعاليةً.

جدول السلسلة الكهروكيميائية

ومن أهم خصائص السلسلة الكهروكيميائية نذكر ما يلي:

  • كلما انخفضت قيمة جهد الاختزال، كلما ازدادت قوة المادة كعاملٍ مختزلٍ. وبمعنىً آخر عندما تنخفض نسبة جهد الاختزال للقطب، تزداد قابلية المادة للأكسدة أكثر مما هو عليه من قابليتها للاختزال. ويعدّ عنصر الليثيوم (LI) من أكثر العناصر المختزلة.
  • كلما ارتفعت قيمة جهد الاختزال، كلما ارتفعت قوة المادة كعاملٍ مؤكسدٍ. أيّ عندما ترتفع قیمة جھد الاختزال للأقطاب، تصبح قابلية المادة للاختزال أعلى من قابليتها للأكسدة. ومن أشدّ العناصر المؤكسدة نجد عنصر الفلور (F2).
  • تحتوي الخلية الكهروكيميائية على قطبين، يطلق عليهما اسم المصعد والمهبط. حيث يمثل المهبط الموجود في الجهة اليمنى، القطب ذو الجهد الأعلى اختزالًا. بينما يمثل المصعد الموجود في الجهة اليسرى، القطب ذو الجهد الأدنى اختزالًا.
  • الفرق بين جهد الاختزال وجهد الأكسدة يتمثل في الإشارة فقط.
  • يعبّر جهد الخلية عن قدرة الخلية على القيام بجهدٍ كبيرٍ، ويقاس عبر طرح جهد المهبط القياسي من جهد المصعد القياسي. ويؤثر في جهد الخلية العديد من العوامل مثل تركيز الأيونات في كلتا جهتي الخلية، ودرجة الحرارة، بالإضافة إلى ضغط الغاز الجزئي الداخل في عملية التفاعل.

أكمل القراءة

الكهروكيميائية هي دراسة العمليات الكيميائية التي تؤدي إلى تحرّك الإلكترونات خلال التفاعل الكيميائي مما ينتج الكهرباء. وتتشكل من العناصر السلسلة الكهروكيميائية أو سلسلة النشاط الكيميائي للمعادن التي تختلف بقابليتها للتفاعل والتأكسد؛ وعلى هذه الاختلاف فإنها تتخد مواضع مختلفة في السلسلة، فالمعادن التي تتوضع في أعلى السلسلة لها قدرة عالية على تشكيل المركبات، وتسمى بالمعادن النشطة، مقارنة بتلك الموجودة في أسفل السلسلة والتي تتميز باستقرارها وضعف قدرتها على التفاعل، وتسمى بالمعادن النبيلة.

تتوزع العناصر في السلسلة الكهروكيميائية بحسب نشاطها الكيميائي، ويفصل بين العناصر عنصر الهيدروجين، فما يعلوه يسبقه بالفعالية وماتحته يقلّ عنه فعالية.

المكافئ الكهروكيميائي

المكافئ: هو كمية المادة التي تدخل في تفاعل كيميائي معين مع مادة أخرى، وهي واحدة للقياس استخدمت في العصر القديم قبل أن يعرف الباحثون كيفية تحديد الصيغة الكيميائية لمركب ما، فأسموه المكافئ، و في التفاعلات الكهروكيميائية يسمى بالمكافئ الكهروكيميائي.

ويعرف المكافئ الكهروكيميائي بأنه كمية المادة التي تنتج أو تستهلك عند مرور كولوم واحد من الكهرباء في تفاعل كهروكيميائي، وتستخدم هذه التفاعلات لقياس الطاقة المؤكسدة ومعدلات التآكل في بيئات معينة، وذلك باستخدام الفولتميتر.

يعبر التفاعل الكهروكيميائي عن قانون فاراداي الأول، حيث وضع العالم الإنكليزي مايكل فاراداي عام 1932 قانونين للتحليل الكهربائي، يربطان العلاقة بين كمية الكهرباء التي تمر في التفاعل والمواد المتكونة عند الأقطاب. فكتلة المادة التي تتحرر أو تترسب في الأقطاب تتناسب طرداً مع كمية الكهرباء التي تمر عبر التفاعل، وإن المول الواحد من أيّ عنصر يعادل الكتلة الذرية له بالغرام؛ وعلى سبيل المثال مول واحد من الفضة يعادل كنتلته الذرية الغرامية 108 غ، ونستخدم لإيجاد المكافئ الكهروكيميائي المعادلة التالية :

Z= M/q

حيث: m هي كتلة المادة و q هي الشحنة التي مرت عبر التفاعل .

فإذا مرت الكهرباء بمحلول من كبريتات النحاس خلال فترة معينة، ستنطلق كمية من النحاس عند الكاثود، ولكن إذا قمنا بتمرير تيار كهربائي أعلى سيتكون المزيد من النحاس عند الكاثود، إذاً بزيادة القوة والوقت سيزداد الناتج وهو النحاس، وهذا هو ماعبر عنه فارادي بقانونه الأول الذي ينص على العلاقة بين الوقت والقوة وكتلة المادة.

فالمكافئ الكهروكيميائي بحسب فاراداي هو كتلة المادة الناتجة عن مرور تيار قياسه 1 أمبير خلال ثانية واحدة،  ويتم التعبير عنه بنسبة كتلة المادة على كمية الكهرباء. والتحليل الكهربائي: هو عملية فيزيائية كيميائية، تتكون من أقطاب كهربائية تتجمع عندها المواد الناتجة عن التفاعلات عند مرور الكهرباء عبر المحلول.

يستخدم المكافئ الكهروكيميائي كثيراً في الصناعات الحديثة، ويعد من أهم طرق الإنتاج الصناعي للألمنيوم والكلور والمركبات العضوية، حيث يتم استخراج الكثير من المعادن من موادها الخام وتعالج عن طريق التحليل الكهروكيميائي، كما يفيد التحليل الكهروكيميائي في معالجة مياه الصرف الصحي، و عمليات الطلاء الكهربائي، و الختم الكهربائي.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو المكافيء الكهروكيميائي"؟