“لا يوجد كيمياء بيني وبين هذا الشخص” أي لم نستطع أن ننسجم ونتفاعل، فالمفهوم النظري والعملي للكيمياء مهم في كل جوانب حياتنا، إذن ما هو الكيمياء؟

علم الكيمياء هو العلم الذي يدرس المادة وخواصها وكيفية التفاعل الكيميائي مع المواد الأخرى، فالتفاعل الكيميائي هو عملية تركيب جزيئات المادة مع بعضها البعض للحصول على ناتج متجانس، ولذلك فإن الكيمياء يدخل جميع المجالات التي نعمل بها كالزراعة والصناعة والطبخ والتنظيف والطاقة.

والكيمياء الكهربائية أو الكيمياء الكهربية هي أحد أقسام الكيمياء التي تدرس العمليات الكيميائية المسببة لحركة الالكترونات، حيث تمثل حركة هذه الالكترونات الكهرباء التي يمكن توليدها من خلال انتقال الكترون من عنصر لآخر وهذا ما يسمى بتفاعلات الأكسدة والإرجاع، حيث أن تفاعل الأكسدة هو العملية التي تخسر فيها الذرة أحد الكتروناتها أما تفاعل الإرجاع فهي العملية التي يتم فيها اكتساب الكترون.

لدينا المعادلة التالية والتي تمثل تفاعل الهيدروجين مع الحديد:

تفاعل الأكسدة في هذه المعادلة:

تفاعل الإرجاع:

التفاعل الكلي:

القواعد التي يتم بموجبها تعيين حالات الأكسدة:

  1. العناصر الحرة مثل He، N2، O2 لها عدد أكسدة يساوي الصفر.
  2. يجب أن يتساوى عدد الأكسدة مع أيون الشحنة النقية أي مع أيون الذرة الأحادية، مثلًا حالة الأكسدة F− هي -1، وحالة الأكسدة K + هي +1.
  3. يجب أن يتساوى مجموع أعداد الأكسدة مع مجموع الشحنة النقية للجزيء، مثال: يحتوي MnO − 4 على شحنة سالبة -1 ويكون Mn (+7) O4 (-8) = -1).
  4. المعادن القلوية التي تمثل عناصر المجموعة الأولى تحتوي دائمًا على عدد أكسدة +1، مثال: في الجزيء Li2O يكون Li = +1.
  5. الفلزات القلوية الترابية التي تمثل المجموعة الثانية من الجدول الدوري تمتلك دائمًا عدد أكسدة +2، مثال: في الجزيء CaO يكون Ca = + 2.
  6. يحتوي الأكسجين على عدد أكسدة -2 في الجزيء.
  7. يحتوي الفلور على عدد أكسدة -1 في الجزيء.
  8. يحتوي الهيدروجين على عدد أكسدة +1 في الجزي.

ويمكن الاستفادة من الكيمياء الكهربائية من خلال استغلالها في العديد من الاستخدامات صناعة البطاريات الكهربائية، فالبطارية الكهربائية هي جهاز يقوم بتخزين الطاقة الكيميائية على شكل طاقة كهربائية، والجدير بالذكر أن البطاريات الكهربائية مصنوعة من خلية فولتية أو أكثر وغيرها من الأجهزة الكهروكيميائية.

كما تحتوي الكيمياء على خمسة فروع رئيسية هي:

  • الكيمياء التحليلية: هو فرع الكيمياء الذي يستخدم الملاحظة الكمية والنوعية لدراسة وقياس خصائص المادة الكيميائية والفيزيائية وقياسها.
  • الكيمياء الفيزيائية: نلاحظ من اسم هذا القسم أنه يجمع بين علمي الكيمياء والفيزياء، أي أنه يدرس عمليات التفاعل مع الطاقة على حد سواء، ولعل أهم فروع الكيمياء الفيزيائية هي: الكيمياء الكهربائية، والكيمياء الكمومية وغيرها.
  • الكيمياء العضوية: تسمى أيضًا كيمياء الحياة وتدرس جميع المركبات المحتوية على الكربون.
  • الكيمياء غير العضوية: هو فرع الكيمياء الذي يدرس الغازات والمعادن غير المحتوية على الكربون.
  • الكيمياء الحيوية: هي الكيمياء المختصة بدراسة العمليات الكيميائية التي تحدث بداخل الكائنات الحية جميعها.

أكمل القراءة

الكيمياء الكهربية بالإنجيلزية (electrochemistry) هو العلم الذي يدرس التفاعلات الكيميائية التي تُنتج أو تمتص تيار كهربائيًا، وهذا يعني أن بعض التفاعلات الكيميائية لا تتم إلا عندما تمتص طاقة كهربائية، ويوجد تفاعلات كيميائية أخرى نستفيد منها بإنتاج طاقة كهربائية.

الكيمياء الكهربية موضوع معقد له أهمية كبيرة في العديد من التطبيقات والحياة اليومية، بدءًا من صناعة البطارية إلى علم الأعصاب وأبحاث الدماغ، ويعود تاريخ اكتشاف الكيمياء الكهربائية للقرن الثامن عشر، حيث كان عالم الأحياء لويجي جالفاني يقوم بتشريح ضفدع مثبت بدبابيس، فقد لاحظ ارتجاف أرجل الضفدع عندما يقرب منه مشرط من النحاس، وكرر التجربة أيضًا باستخدام مشرط من الحديد، ولاحظ نفس النتيجة، وأطلق على هذه الملاحظة فيما بعد اسم “كهرباء الحيوان”، حيث اعتقد أن الساق بها نوع من الكهرباء.

وفي عام 1800، قام عالم إيطالي آخر يدعى أليساندرو فولتا بالاعتراض على نتائج وتفسير جالفاني، حيث أكدّ على عدم وجود أي كهرباء متأصلة في أرجل الضفادع، ولكن الكهرباء تولدت لأن معدنين مختلفين (الحديد والنحاس) متصلان بواسطة موصل رطب (أرجل الضفادع)، وقد قام باختبار وإثبات فرضيته بتوصيل معدنين مختلفين بقطعة قماش أو كرتون منقوع في محلول ملحي وهو إلكتروليت، وكان هذا أول مثال عملي على البطارية واكتسبت هذه البطارية اسم الخلية الفولتية، وكانت البداية الأولى للتفكير في تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.

في نفس الوقت الذي تم فيه اكتشاف أول بطارية في إيطاليا، أجريت دراسات في إنجلترا بواسطة الباحثين نيكولسون وكارلايل، واكتشفوا أنه يمكن تجزئة الماء إلى العناصر المكونة له عن طريق تمرير تيار كهربائي عبره، وتعرف هذه العملية في الوقت الحاضر باسم التحليل الكهربائي.

 ولتفسير التفاعلات الكيميائية الكهربائية بشكل أكثر تفصيًلا، نجد أنها تعتمد بشكل أساسي على تفاعلات الأكسدة والإرجاع، فالأكسدة هي عملية فقد الإلكترونات، أما الإرجاع هي عملية اكتساب الإلكترونات، وتحدث هذه التفاعلات ضمن الخلية الكهروكيميائية، وهناك نوعان من الخلايا:

  • الخلية الإلكتروليتية: تُستخدم لإحداث تفاعل كيميائي بواسطة طاقة كهربائية أي تتطلب إلكترون خارجي من بطارية أو طاقة تيار متردد، حيث يتم ضخ الإلكترونات على شكل تيار كهربائي عبر المواد الكيميائية في الخلية لإجبار حدوث تفاعل الأكسدة والإرجاع.
  • الخلية الفولتية أو الغلفانية: هي الخلية التي ينتج منها طاقة كهربائية عن طريق تفاعل كيميائي.

تتكون كل من الخلية الغلفانية والإلكتروليتية من نصفين يسمى كل منهما (نصف الخلية)، ويحتوي كل نصف المكونات التالية:

  • قطبين: قطب موجب وقطب سالب، يمكن تصنيعهما من معادن متشابهة أو مختلفة، يمثل أحد القطبين النصف الأول وهو المصعد الذي تتم عنده عملية الأكسدة، والآخر يمثل النصف الثاني الذي تحدث عنده عملية الإرجاع المصعد.
  • إلكتروليت وهو محلول ملحي لأيونات المعدن الذي يدخل في تركيب المصعد والمهبط، يتم غمس القطبين فيه.
  • سلك كهربائي وظيفته نقل الإلكترونات بين القطبين.

الكيمياء الكهربية

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هي الكيمياء الكهربية"؟