تطبيقات عملية للخلايا الغلفانية
يعتمد عمل الخلايا الغلفانية بأنواعها على فكرة تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، وتختلف فيما بينها في نوع التفاعلات الكيميائية التي تولد الطاقة الكهربائية.
الخلايا الجافة :
وهي البطارية التي تستخدم على نطاق واسع في مصابيح اليد والآت التسجيل وغيرها . تتكون الخلية الجافة من مهبط يتألف من قضيب غرافيت ( كربون ) تحيط به عجينة من مسحوق الغرافيت وأكسيد المنغنيز (IV ) MnO2 وكلوريد الأمونيوم ، أما المصعد فيتألف من صفيحة مكشوفة من الخارصين .
أما التفاعلات التي تحدث على الأقطاب فهي على النحو التالي :
المصعد ( ـ ) : يحدث تأكسد للخارصين
المهبط (+) : يحدث اختزال لأيون الأمونيوم
يتأكسد H2 الناتج بوساطة MnO2 إلى ماء . أما الأمونيا الناتجة فتذوب في ماء العجينة .
البطارية العادية : تتكون أقطابها من الخارصين والكربون.
استخداماتها : مصابيح اليد، وآلات التسجيل، وألعاب الأطفال.
بطارية الزئبق :
وهي من الخلايا الجافة التي تتميز بصغر حجمها ، وتستخدم في ساعات اليد والآلات الحاسبة وغيرها .
تتكون بطارية الزئبق من مصعد من الخارصين (Zn) ، ومهبط من أكسيد الزئبق ( HgO) .
وتحدث التفاعلات في الوسط القاعدي على النحو التالي :
المصعد ( ـ ) : يحدث تأكسد للخارصين
المهبط (+) : يحدث اختزال لأكسيد الزئبق
أما التفاعل الكلي فهو :
وكما تلاحظ يتكون الزئبق في التفاعل الكلي ، وهو من المواد السامة والضارة بالبيئة .
المهبط (+) : أكسيد الزئبق HgO
المصعد (-) : خارصين Zn
استخداماتها : لصغر حجمها تستخدم في ساعات اليد، والآلاتالحاسبة، ومقومات السمع.
مساوئ بطارية الزئبق :احتواؤها على الزئبق الذي يسبب مشاكل بيئية خطيرة فالزئبق ومركباته مواد سامة، والإجراء المناسب إعادة استخلاص الزئبق من البطارية التالفة
يعتمد عمل الخلايا الغلفانية بأنواعها على فكرة تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية, وتختلف فيما بينها في نوع التفاعلات الكيميائية التي تولد الطاقة الكهربائية ومن الأمثلة عليها :
خلايا الوقود :
المهبط : قطب من الغرافيت المسامي يحتوي على نيكل, يحدث عليه اختزال للأكسجين.
المصعد : قطب من الغرافيت المسامي يحتوي على نيكل, يحدث عليه تأكسد للهيدروجين.
ويتصل القطبان بمحلول مركز وساخن من هيدروكسيد البوتاسيوم.
التفاعلات التي تحدث على الأقطاب :
يُدفع غاز الهيدروجين إلى المصعد
المصعد 4e- + 4H2O
4OH- + 2H2
يُدفع غاز الأكسجين إلى المهبط
المهبط 4OH-
4e- + 2H2O + O2
التفاعل الخلوي 2H2O
O2 + 2H2
إيجابيات خلايا الوقود :
1. ارتفاع مردود الطاقة مقارنة مع الحرق المباشر للوقود.
2 . تستخدم كمصدر للطاقة في السفن الفضائية.
3.يمكن الإستفادة من الماء الناتج بعد تكثيفه في تزويد رواد الفضاء بالماء الصالح للشرب.
ولهذه الأسباب يتوقع أن تلعب خلايا الوقود دوراً هاماً في مستقبل بدائل الطاقة.
سلبيات خلايا الوقود :
1. ارتفاع كلفتها.
2. حجمها الكبير.
بطارية الخزن ( نيكاد Nicad) :
تتكون هذه البطارية من قطب الكادميوم ( Cd ) الذي يشكل المصعد في هذه البطارية ، بينما يشكل NiO2 المهبط فيها ، ولا عجب في أن تسمى بطارية النيكاد .
أما التفاعلات التي تحدث على الاقطاب فهي على النحو التالي :
المصعد ( ـ ) : يحدث تأكسد للكادميوم في الوسط القاعدي ويتحول إلى الهيدروكسيد .
المهبط (+) : يحدث اختزال لأكسيد النيكل .
أما التفاعل الكلي فهو :
وتمتاز هذه البطارية بأنها تخدم لفترة زمنية طويلة ويمكن إعادة شحنها مرات عدة ، وتستخدم في الحاسبات ، ووحدات التصوير الضوئية .
المركم الرصاصي :
وهي من البطاريات التي يمكن إعادة شحنها فهي إحدى الأمثلة على خلايا التخزين ، وتستخدم في السيارات .
تحتوي هذه البطارية عادة على ست خلايا تعطي قوة دافعة كهربائية مقدارها 12 فولت تقريباً .
يتألف المركم الرصاصي من قطب الرصاص الاسفنجي ( المصعد ) ، وقطب من أكسيد الرصاص (IV) ( المهبط ) وترتب الاقطاب بشكل متناوب ، وتغمس في محلول حمض الكبريتيك المخفف.
أما التفاعلات التي تحدث على الأقطاب فهي :
المصعد ( ـ ) : يحدث تأكسد للرصاص
المهبط (+) : تنتقل الإلكترونات من المصعد إلى قطب أكسيد الرصاص (IV) ويحدث له اختزال .
أما التفاعل الكلي فهو :
ويمكن إعادة شحن المركم الرصاصي عند تزويده بمصدر للتيار فينعكس التفاعل الكلي .
الثلاثاء فبراير 10, 2009 7:08 pm
اليومية
