نسخة الفيديو النصية
يصف الشكل الآتي خلية جلفانية. تحتوي الخلية على مصعد من النحاس ومهبط من الفضة. ما الرموز التي يجب أن تحل محل المربعات من واحد إلى أربعة؟ أ: NO3−، K+، إلكترون، إلكترون. ب: K+، NO3−، إلكترون، إلكترون. ج: K+، NO3−، K+، NO3. د: إلكترون، NO3−، K+، NO3−. هـ: إلكترون، إلكترون، K+، NO3−.
في هذا السؤال نريد تحديد الرموز التي يجب أن تحل محل المربعات الموجودة في الخلية الجلفانية المصورة.
الخلية الجلفانية نوع من أنواع الخلايا الكهروكيميائية، حيث تتولد الإلكترونات تلقائيًّا من خلال تفاعل أكسدة واختزال. في الخلية الجلفانية، تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية. تمر هذه الإلكترونات عبر دائرة خارجية، هي السلك. بما أن الإلكترونات تتحرك في السلك، فيمكننا على الفور معرفة أن المربعين ثلاثة وأربعة يجب أن يحتويا على إلكترون. ومن ثم نلاحظ أن خياري الإجابة أ، ب فقط يمثلان إجابتين محتملتين؛ لأنهما يحتويان على إلكترون في المربعين ثلاثة وأربعة. وعليه، يمكننا استبعاد الإجابات ج، د، هـ.
لإكمال الدائرة الكهربية، تتحرك الأيونات في الكأسين الزجاجيتين وفي القنطرة الملحية. يسمى كل من قضيب فلز النحاس وقضيب فلز الفضة قطبًا. والقطب موصل يستخدم لنقل التيار الكهربي من وإلى جزء لا فلزي من الدائرة، وهو في هذه الحالة محاليل الأيونات. علمنا من السؤال أن قطب النحاس هو المصعد، وقطب الفضة هو المهبط. المصعد هو القطب الذي تحدث عنده الأكسدة، وهو القطب السالب. والمهبط هو القطب الذي يحدث عنده الاختزال، وهو القطب الموجب.
تعتمد الشحنات الموجبة والسالبة للأقطاب في أي خلية جلفانية على السهولة التي يمكن أن تكتسب بها المادة الفلزية الإلكترونات لتحقيق اختزالها، وهذا يعطينا قيمًا لجهد الاختزال القياسي للمواد الكيميائية المختلفة. في هذه الحالة، ليس لدينا قيمتا النحاس والفضة. لذا لا يمكننا المقارنة بين قيمتيهما. لكن لدينا أسهم في الشكل تشير إلى اتجاه تدفق الإلكترونات.
بسبب التنافر الكهروستاتيكي؛ ستتحرك الإلكترونات بعيدًا عن القطب الأكثر سالبية. وستحدث الأكسدة عند فقد الإلكترونات. وعندما تفقد الإلكترونات، تغادر أيونات Cu2+ المصعد وتنتقل إلى المحلول، وهذا يعطينا المعادلة النصفية للأكسدة. نتيجة التجاذب الكهروستاتيكي، تنجذب الإلكترونات السالبة الشحنة المتحركة في السلك إلى المهبط الموجب الشحنة. يمكن لأيونات Ag+ أن تتحد في المحلول مع الإلكترونات القادمة لتكوين ذرات فلز الفضة، وفقًا للتفاعل النصفي للاختزال.
المحلول الإلكتروليتي الموجود في القنطرة الملحية هو محلول نيترات البوتاسيوم المائي، الذي يحتوي على أيونات البوتاسيوم وأيونات النيترات. وعندما تتحرك الإلكترونات في جميع أنحاء الدائرة؛ فإن تركيز أيونات النحاس اثنين موجب في الكأس الزجاجية لنصف الخلية التي تمثل المصعد يسحب أو يجذب أيونات النيترات السالبة الشحنة إلى الكأس الزجاجية اليسرى. إذن المربع واحد يجب أن يكون NO3−. ومع تناقص تركيز أيونات الفضة الموجبة في الكأس الزجاجية لنصف الخلية الذي يمثل المهبط بمرور الوقت، ستسحب الكأس الزجاجية اليمنى أيونات البوتاسيوم الموجبة الشحنة من القنطرة الملحية إلى الكأس الزجاجية اليمنى. إذن المربع اثنان يجب أن يكون K+.
الإجابة الصحيحة تطابق الخيار أ، وليس الخيار ب. وأخيرًا: ما الرموز التي يجب أن تحل محل المربعات من واحد إلى أربعة؟ الإجابة هي الخيار أ: NO3−، K+، إلكترون، إلكترون.
