نسخة الفيديو النصية
أي المعادلات الآتية توضح التفاعل الذي يحدث عند مهبط خلية وقود هيدروجينية تحت ظروف قلوية؟ أ: اثنان H2 غاز يكونان أربعة H+ مائي زائد أربعة e−. ب: O2 غاز زائد أربعة H+ مائي زائد أربعة e− تكون اثنين H2O غاز. ج: اثنان H2 غاز زائد أربعة OH− مائي تكون أربعة H2O غاز زائد أربعة e−. د: O2 غاز زائد اثنين H2O غاز زائد أربعة e− تكون أربعة OH− مائي.
يركز السؤال على خلية الوقود الهيدروجينية. لفهم سلسلة التفاعلات التي تحدث داخل خلية وقود هيدروجينية بشكل أفضل، من المفيد فهم بنية الخلية وكيفية تدفق الإلكترونات داخلها. في خلية الوقود الهيدروجينية، يأخذ كل من المصعد والمهبط شكل أوعية مجوفة مبطنة بكربون مسامي.
محلول الإلكتروليت يمكن أن يكون محلولًا قلويًّا مائيًّا من هيدروكسيد البوتاسيوم، أو محلولًا حمضيًّا من حمض الكبريتيك. وكما نلاحظ، يستطيع الهيدروجين والأكسجين الواردان المرور عبر المصاعد والمهابط المسامية، على الترتيب، والتفاعل مع الإلكتروليت لتكوين إلكترونات. هذه التفاعلات هي التي تمنح الخلايا الجلفانية قوتها. تعتمد الخلايا الجلفانية على تفاعلات الأكسدة والاختزال وتدفق الإلكترونات التي تنتجها هذه التفاعلات لتشغيل الأجهزة. تترك الإلكترونات المصعد، وتتدفق عبر الدائرة الكهربية، وتصل إلى المهبط.
في حالة خلية الوقود الهيدروجينية، يتأكسد غاز الهيدروجين ويختزل غاز الأكسجين. عند المصعد، في حالة وجود محلول هيدروكسيد البوتاسيوم، KOH، يمد النظام بغاز الهيدروجين. يفقد الهيدروجين إلكترونات لتكوين أيونات هيدروجين تتفاعل مع أيونات الهيدروكسيد الموجودة في الإلكتروليت. وهذا بدوره يكون جزيئات ماء. عند المهبط، يختزل غاز الأكسجين بواسطة الماء والإلكترونات الناتجة عن التفاعل السابق لتكوين أيونات الهيدروكسيد. يمكن تمثيل اتحاد نصفي المعادلتين في صورة اثنين H2 غاز زائد O2 غاز يكونان اثنين H2O غاز.
يسألنا السؤال عن التفاعل الذي يحدث عند مهبط خلية وقود هيدروجينية. كما نلاحظ، يمكن تمثيل التفاعل الذي يحدث عند المهبط على أفضل وجه على الصورة: O2 غاز زائد اثنين H2O غاز زائد أربعة e− تكون أربعة OH− مائي. ومن ثم فإن الخيار د يمثل الإجابة الصحيحة.
