نسخة الفيديو النصية
تحدث التفاعلات الآتية في نوع واحد على الأقل من البطاريات المصنعة بكميات كبيرة. أي المعادلات ترتبط بالتفاعل الذي يحدث عند المهبط في بطارية أيون الليثيوم؟ أ: يتفكك LiC6 الصلب إلى C6 الصلب زائد Li1+ المائي زائد إلكترون واحد. ب: يتفاعل LiC6 الصلب مع CoO2 الصلب لإنتاج C6 الصلب زائد LiCoO2 الصلب. ج: يتفاعل Pb الصلب مع H2SO4 المائي لإنتاج PbSO4 الصلب زائد اثنين H+ المائي زائد إلكترونين. د: يتفاعل CoO2 الصلب مع Li1+ المائي زائد إلكترون واحد لإنتاج LiCoO2 الصلب. هـ: يتفاعل PbO2 الصلب مع H2SO4 المائي زائد اثنين H+ المائي زائد إلكترونين لإنتاج PbSO4 الصلب زائد اثنين H2O السائل.
الخلايا الجلفانية خلايا كهروكيميائية تنتج طاقة كهربية من خلال تفاعلات كيميائية تلقائية. يوجد نوعان من الخلايا الجلفانية: الأولية والثانوية. تستخدم الخلايا الجلفانية الأولية مرة واحدة فقط، أما الخلايا الجلفانية الثانوية فيمكن إعادة شحنها. يمكن أن تعمل الخلايا الجلفانية الثانوية باعتبارها خلايا جلفانية وخلايا إلكتروليتية على حد سواء. ومن أمثلة البطاريات التي تعد خلايا جلفانية ثانوية بطاريات أيون الليثيوم وبطاريات الرصاص الحمضية المستخدمة في السيارات. في هذا السؤال، علينا تحديد التفاعلات الكيميائية التي تحدث داخل بطارية أيون الليثيوم.
عند النظر إلى المتفاعلات والنواتج في المعادلتين الكيميائيتين ج، هـ، يمكننا ملاحظة أن هذين التفاعلين يحدثان في بطاريات الرصاص الحمضية المستخدمة في السيارات، وليس في بطاريات أيون الليثيوم. إذن، فلنستبعد هذين الخيارين ونزلهما من الشاشة.
والآن، علينا تحديد أي من الخيارات المتبقية يمثل التفاعل الذي يحدث عند المهبط داخل بطارية أيون الليثيوم. لنلق نظرة على بطارية أيون الليثيوم من الداخل أثناء عملها باعتبارها خلية جلفانية، وهو ما يعني أنها تفرغ طاقتها وتشغل جهازًا خارجيًّا. في الخلية الجلفانية، يتكون المصعد من جرافيت الليثيوم، أو LiC6. ويتكون المهبط من أكسيد كوبالت الليثيوم، أو LiCoO2. والسائل الإلكتروليتي في الخلية هو سداسي فلورو فوسفات الليثيوم، أو LiPF6. تتيح لنا معرفة ذلك استبعاد الخيار أ؛ لأن التفاعل الموضح فيه يتضمن المصعد، وليس المهبط.
عند المصعد الموجود داخل البطارية، يتأكسد جرافيت الليثيوم، وتنطلق أيونات ليثيوم وإلكترونات. تتدفق الإلكترونات عبر الدائرة لتشغيل جهاز خارجي، وتتدفق أيونات الليثيوم من المصعد إلى المهبط داخل الخلية. عند المهبط، تستقبل أيونات الليثيوم الإلكترونات، ومن ثم يحدث اختزال؛ إذ تتحد مع أكسيد الكوبالت لتكوين أكسيد كوبالت الليثيوم. يمكننا أن نرى أن المعادلة د تمثل تفاعل الاختزال هذا عند المهبط، ولا بد أن تكون هي الإجابة الصحيحة. لكن دعونا نلق نظرة سريعة على المعادلة ب. تمثل المعادلة ب التفاعل الكلي أثناء التفريغ؛ أي أثناء عمل الخلية الجلفانية.
إذن، أي المعادلات ترتبط بالتفاعل الذي يحدث عند المهبط في بطارية أيون الليثيوم؟ الإجابة هي الخيار د. يتفاعل CoO2 الصلب مع Li1+ المائي زائد إلكترون واحد لإنتاج LiCoO2 الصلب.
