ما وظيفة القنطرة الملحية في الخلية الجلفانية , تستخدم للحفاظ على الحياد الكهربائي داخل دائرة الخلية الجلفانية.
يعمل جسر الملح كوصلة كهربائية بين خليتين نصفيتين.
يمنع جسر الملح من انتشار المحلول من خلية إلى أخرى.
يوفر اتصالًا كهربائيًا بين خليتين، وبالتالي يكمل الدائرة الكهربائية.
يحافظ على الحياد الكهربائي عن طريق نقل الأيونات داخل الدائرة الكهربائية.
يمنع جسر الملح الانتشار و التدفق الميكانيكي للمحلول من نصف خلية إلى أخرى.
يمنع أو يقلل من إمكانيات تقاطع السائل داخل الخلية الجلفانية.
يعمل جسر الملح كتلامس كهربائي بين خليتين نصفيتين. [1]
تعريف الجسر الملحي
الجسر الملحي، هو جهاز أو أداة تستخدم في الخلية الجلفانية بغرض ربط أنصاف خلايا الأكسدة والاختزال، يحافظ
على الحياد الكهربي للدائرة الداخلية مما يؤدي إلى منع سرعة التفاعل وبالتالي يساعد على وصول الخلية إلى
الاتزان الكهربي، حيث أنه في حالة غياب الجسر الملحي يحدث تراكم للمحلول الموجود في أنصاف الخلية مما
يعمل على تراكم الشحنات السالبة، بينما يتراكم المحلول في النصف الآخر موجب الشحنة، مما يؤدي ذلك إلى
منع المزيد من التفاعلات، ومن هنا يحدث إنتاج الكهرباء.
أو بمعنى آخر، يعمل الجسر الملحي كتقاطع يربط بين المقصورات الأنودية والكاثودية في خلية أو محلول
إلكتروليتي، حيث يتكون جسر الملح عادة من إلكتروليت قوي يتكون أيضًا من أيونات، على سبيل المثال تستخدم
KCL، AGNO3 بشكل عام في خلية جلفانية مثل الخلية الفولتية أو خلية دانيال.
أنواع الجسر الملحي
جسر الأنبوب الزجاجي.
جسر ورق الترشيح.
يوجد نوعين من الجسر الملحي كالتالي:
جسر الأنبوب الزجاجي: وهي عبارة عن أنابيب زجاجية على شكل حرف U، وتكون مملوءة بنترات البوتاسيوم (KCL)، أو كلوريد الصوديوم (NACL)، يكون طرفي الأنبوب مغلق بقطن أو جل مسامي، وغالبًا ما يتم الاحتفاظ بالكتروليتات على شكل محلول ملح هلامي.
جسر ورقة الترشيح: ويتكون من ورقة الترشيح، أو مادة مسامية مبللة بالكهرباء، وتكون ورقة الترشيح مشبعة بالمحلول، وهنا يشيع استخدام كلوريد البوتاسيوم، أو كلوريد الصوديوم، حيث يؤثر التركيز الإلكتروليتي وخشونة ورق الترشيح، وقدرة امتصاصها على الموصلية، ومن أجل الحصول على توصيل أعلى، يتم استخدام ورقة ترشيح من مادة ناعمة عالية الامتصاص، مما ينتج عنها موصلية أعلى، من استخدام الورق خشن الملمس.
ولأن الوظيفة الرئيسية لجسر الملح هي الحفاظ على الحياد الكهربائي بين كوبين، لذا يجب أن يكون الملح المستخدم خاملًا، وتحتاج الأيونات إلى التحرك ذهابًا وإيابًا بين خليتين نصفيتين، وعلى عكس الأملاح الأخرى يعد كلوريد البوتاسيوم من الأملاح الخاملة، ويستخدم الملح لمنع حدوث التفاعلات بين الملح والمحلول، ويعد ملح كلوريد البوتاسيوم ملح خامل، شائع الاستخدام لأن أيونات البوتاسيوم والكلوريد لديها معامل انتشار شائع جدًا. [1]
تنتقل الالكترونات في الخلية الجلفانية من الكاثود إلى الأنود
تعمل الخلية الجلفانية كجهاز تحدث فيه تفاعلات الأكسدة والاختزال في نفس الوقت، حيث تستخدم تلك التفاعلات لتحويل الطاقة الكيميائية لطاقة كهربية، والتي يمكن استخدامها في الأغراض التجارية، وعندما يتعرض قطب كهربائي للإلكتروليت في واجهة القطب الكهربائي، تميل ذرات القطب المعدني إلى توليد أيونات في محلول الإلكتروليت تاركًا وراءها الإلكترونات عند القطب، وبالتالي يصبح القطب المعدني سالب الشحنة.ما وظيفة
بينما تميل الأيونات المعدنية في محلول الإلكتروليت، في نفس الوقت إلى الترسب على قطب كهربائي، وبذلك يصبح القطب موجبًا الشحنة، ويسمى القطب الذي تحدث فيه الأكسدة بالأنود وهو القطب الموجب، بينما يسمى القطب الذي يحدث فيه الاختزال بالكاثود ويكون سالبًا الشحنة، ومن هنا ينشأ فرق جهد بين قطبي الخلية الجلفانية، ويُعرف فرق الجهد هذا باسم جهد الخلية، وفي حالة ضبط المفتاح تتدفق الإلكترونات من القطب السالب (الكاثود) تجاه القطب الموجب (الأنود). [2]
مثال على الخلية الجلفانية
خلية دانيال .
تعد خلية دانيال هي أفضل مثال على الخلية الجلفانية، والتي تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية، وتتكون خلية دانيال من قطبين من معادن غير متشابهة، وهما قطب الخارصين الذي يعمل كأنود، وقطب النحاس الذي يمثل الكاثود، ويكون كل قطب كهربائي على اتصال بمحلول من أيون خاص به، كبريتات الخارصين وكبريتات النحاس على التوالي.
يصل بين القطبين جسر الملح، الذي يحتوي على محلول إلكتروليتي لمادة أيونية مثل كلوريد البوتاسيوم، والذي يعمل على نقل الأيونات بين المحلولين عند مرور التيار الكهربي، حيث تتدفق الإلكترونات في خلية دانيال من قطب الخارصين إلى قطب النحاس، عبر دائرة خارجية. [3]
الجهد القياسي لخلية جلفانية هو مجموع جهود الاخنزال لأنصاف الخلايا
عادة ما تتضمن الخلية الإلكتروليتية تفاعلات الأنيونات والكاتيونات في الإلكتروليت في الخلية الجلفانية، ومن الشائع أن يتم تقليل الكاتيونات في نصف خلية واحدة، بينما تتأكسد المادة التي يتكون منها القطب الموجب، مما ينتج عنه الكاتيونات في نصف الخلية الأخرى، ويتم قياس الفرق في الطاقة أو ما يسمى بفرق الجهد، لإلكترونات الكاثود والأنود.
ويعد جهد الاختزال القياسي عبارة عن فرق الجهد بين قطب الهيدروجين القياسي، ويعبر جهد الاختزال الموجب عن الميل إلى استقبال الإلكترونات، كما تُعرف جهود الاختزال القياسية باإلكترونات التي تغادر الخلية النصفية والمسمى بالمصعد، وتدخل إلى قطب الهيدؤوجين القياسي أو ما يُطلق عليه اسم المهبط.ما وظيفة
لحساب الجهد القياسي لخلية جلفانية، يمكننا استخدام الجهود القياسية للأقطاب، ويكون جهد الخلية عبارة عن مجموع جهد اختزال خلية الاختزال النصفية (جانب المهبط) وجهد أكسدة خلية الأكسدة النصفية (جانب المصعد)، حيث تتكون الخلية الجلفانية من معادن مختلفة مغمورة في خليتيت نصفيتين، وفي هذه الحالة ينشط المركب الذي يوجد بالمحلول، بينما يتقلص المعدن الموجود بالنصف الآخر من الخلية، وينتج عن هذا تبادل الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية. [4]
أنود الخلية الجافة عبارة عن حافظة من
خلية معدنية مغطاة بقطب كهربائي معدني .
تتكون الخلية الجافة من حاوية معدنية يُغطي فيها قضيب الجرافيت أو قطب كهربائي معدني، بعجينة إلكتروليت منخفضة الرطوبة، وبشكل عام ستكون الحاوية المعدنية عبارة عن الزنك الذي تعمل قاعدته كقطب كهربائي سالب وهذا ما يطلق عليه اسم الأنود، ويعمل الكريون كقطب موجب أو ما يطلق عليه الكاثود، وهو الذي يكون محاط بثاني أكسيد المنجنيز وإلكتروليت منخفض الرطوبة مثل معجون كلوريد الأمونيوم، والذي من الممكن أن ينتج جهدًا بحد أقصى 1.5 فولت. [1]
كيفية عمل الخلية الجلفانية
عندما يتعرض قطب كهربي للإلكتروليت عند واجهة القطب الكهربائي، تميل ذرات القطب المعدني إلى توليد أيونات في محلول الإلكتروليت تاركًا وراءها الإلكترونات عند القطب، وبالتالي يكون القطب المعدني سالبًا بينما تميل الأيونات المعدنية في محلول الإلكتوليت إلى الترسب على القطب الكهربائي، وبذلك يصبح القطب موجب الشحنة.
تقوم الخلية الجلفانية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، ومن هنا تحدث التفاعلات النصفية، الأكسدة والاختزال في حجرات منفصلة، ويتم إنشاء نصف الخلايا في حاويات مختلفة، يتم توصيلها من خلال جسر الملح
أو القسم المسامي، ويكون هنا الأنود هو القطب السالب، أما الكاثود فيكون القطب الموجب.ما وظيفة
وتحدث الأكسدة عند القطب الموجب، وبالتالي يكون الاختزال عند القطب السالب، ويتم توفير الإلكترونات من قبل
الأنواع التي تتأكسد وتنتقل من القطب الموجب إلى القطب السالب في الدائرة الخارجية، ويتسبب فرق الجهد
بين الأقطاب الكهربية في تدفق الإلكترونات من المختزل إلى المؤكسد عبر الدائرة الخارجية، مما يؤدي إلى توليد
ما وظيفة القنطرة الملحية في الخلية الجلفانية , تستخدم للحفاظ على الحياد الكهربائي داخل دائرة الخلية الجلفانية.
