نسخة الفيديو النصية
أي الأشكال الآتية يصور الاتزان الموجود بين قطعة من فلز الزنك تلامس محلولًا مائيًّا من أيونات الزنك؟
تصور الأشكال الواردة في هذا السؤال أحد المبادئ الأساسية التي تستند إليها الخلايا الجلفانية. الخلية الجلفانية نوع من الخلايا الكهروكيميائية التي تتكون من نصفي خليتين. يمكن النظر إلى أنصاف الخلايا على أنها قطب مغمور في محلول من الأيونات. في الأشكال التي لدينا، نرى أربعة خيارات محتملة لنصف خلية زنك بها قطعة من فلز الزنك مغمورة في محلول من ذرات الزنك أو أيوناته. يمكن توصيل هذا الجهاز التجريبي بنصف خلية آخر عبر قنطرة ملحية. ويمكن بعد ذلك إكمال الدائرة الكهربية إما بجهاز خارجي مثل مصباح كهربي، وإما بفولتميتر ذي مقاومة عالية بإمكانه قياس فرق جهد الخلية.
للوهلة الأولى، قد نفاجأ بما تشير إليه هذه الأشكال. فلا يوجد مصدر طاقة خارجي. ومن ثم قد نندهش من رؤية أي نوع من الحركة للذرات أو الأيونات بين قطعة الفلز والمحلول. ولكن إذا نظرنا عن كثب إلى ما يحدث في أي من نصفي الخلية، فسنلاحظ تحول الذرات إلى أيونات في المحلول، وكذلك العملية العكسية للأيونات التي تجمع الإلكترونات وتحولها إلى ذرات مختزلة من الفلز وترسبها على القطب.
هذه العملية هي تفاعل اتزان، ويمكن تمثيلها بالتفاعل الموضح، حيث يشير الحرف 𝑀 إلى الفلز الموجود في تفاعل الأكسدة والاختزال، ويشير الحرف 𝑛 إلى عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة في هذه العملية. ولكن يمكننا تصور أن هذا الاتزان يميل بشكل كبير ناحية قطب الفلز. ومن ثم لا يمثل ذلك شيئًا يمكننا ملاحظته على المستوى المجهري.
إذا استخدمنا الآن الزنك المذكور في السؤال بدلًا من هذا المثال العام، فسيمكننا الإجابة عنه. أي الأشكال الآتية يصور الاتزان الموجود بين قطعة من فلز الزنك تلامس محلولًا مائيًّا من أيونات الزنك؟ بتطبيق ما عرفناه حتى الآن على خيارات الإجابة، فسنلاحظ أن لدينا في خيار الإجابة أ أيونات موجبة في المحلول مع وجود إلكترونات متبقية على القطب. هذا يطابق ما نتوقع رؤيته عند كتابة معادلة نصف خلية لنصف الخلية هذا. يكون Zn2+ المائي زائد إلكترونين في حالة اتزان مع Zn الصلب. ومن ثم يمكننا اختيار الخيار أ للإجابة عن السؤال.
