من أجل رسم مخطط لخلية كلفانية ، من الضروري فهم مبدأ عملها ، السمات الهيكلية.
نادرًا ما يهتم المستهلكون بالبطاريات والبطاريات ، في حين أن مصادر الطاقة هذه هي الأكثر طلبًا.
مصادر التيار الكيميائي
ما هي الخلية الجلفانية؟ دائرتها مبنية على المنحل بالكهرباء. يشتمل الجهاز على وعاء صغير حيث يوجد المنحل بالكهرباء ، يتم امتصاصه بواسطة مادة الفاصل. بالإضافة إلى ذلك ، يفترض مخطط خليتين جلفانيتين وجود الكاثود والأنود. ما هو اسم هذه الخلية الجلفانية؟ يشير المخطط الذي يربط بين معدنين معًا إلى تفاعل الأكسدة والاختزال.
أبسط خلية كلفانية
يعني وجود لوحين أو قضبان مصنوعة من معادن مختلفة ، مغمورة في محلول إلكتروليت قوي. أثناء تشغيل هذه الخلية الجلفانية ، يتم إجراء عملية أكسدة على الأنود ، مرتبطة بعودة الإلكترونات.
عند الكاثود - الانتعاش ، يرافقهقبول الجسيمات السلبية. هناك انتقال للإلكترونات عبر الدائرة الخارجية إلى المؤكسد من عامل الاختزال.
مثال على خلية كلفانية
من أجل صنع دوائر إلكترونية للخلايا الجلفانية ، من الضروري معرفة قيمة جهدها الكهربائي القياسي. دعونا نحلل نوعًا مختلفًا من خلية جلفانية من النحاس والزنك تعمل على أساس الطاقة المنبعثة أثناء تفاعل كبريتات النحاس مع الزنك.
تسمى هذه الخلية الجلفانية ، التي سيتم تقديم مخططها أدناه ، بخلية Jacobi-Daniel. وهي تشتمل على صفيحة نحاسية مغمورة في محلول من كبريتات النحاس (قطب نحاسي) ، وتتكون أيضًا من صفيحة الزنك الموجودة في محلول من كبريتاتها (قطب الزنك). الحلول على اتصال مع بعضها البعض ، ولكن لمنع اختلاطها ، يستخدم العنصر قسمًا مصنوعًا من مادة مسامية.
مبدأ العملية
كيف تعمل الخلية الجلفانية ، والتي تكون دائرتها Zn ½ ZnSO4 ½½ CuSO4 ½ Cu؟ أثناء تشغيله ، عند إغلاق الدائرة الكهربائية ، تحدث عملية أكسدة الزنك المعدني.
على سطح التلامس مع محلول الملح ، لوحظ تحول الذرات إلى Zn2 + كاتيونات. يصاحب العملية إطلاق إلكترونات "حرة" تتحرك على طول الدائرة الخارجية.
يمكن تمثيل التفاعل الذي يحدث على قطب الزنك على النحو التالي:
Zn=Zn2 + + 2e-
الانتعاشيتم إجراء الكاتيونات المعدنية على قطب نحاسي. تتحد الجسيمات السلبية التي تدخل هنا من قطب الزنك مع كاتيونات النحاس ، وترسبها في شكل معدن. هذه العملية كالتالي:
Cu2 + + 2e-=Cu
إذا أضفنا التفاعلين اللذين تمت مناقشتهما أعلاه ، نحصل على معادلة كلية تصف تشغيل خلية كلفانية من الزنك والنحاس.
يعمل قطب الزنك كقطب موجب ، بينما يعمل النحاس ككاثود. تتطلب الخلايا والبطاريات الجلفانية الحديثة استخدام محلول إلكتروليت واحد ، مما يوسع نطاق تطبيقها ، ويجعل تشغيلها أكثر راحة وملاءمة.
أنواع مختلفة من الخلايا الجلفانية
الأكثر شيوعًا هي عناصر الكربون والزنك. يستخدمون جامع تيار كربون سلبي ملامسًا للأنود ، وهو أكسيد المنغنيز (4). المنحل بالكهرباء هو كلوريد الأمونيوم ، ويتم تطبيقه على شكل عجينة.
لا ينتشر ، لذلك تسمى الخلية الجلفانية نفسها جافة. وتتمثل ميزته في القدرة على "الاسترداد" أثناء التشغيل ، مما يؤثر بشكل إيجابي على مدة فترة التشغيل. هذه الخلايا الجلفانية لها تكلفة منخفضة ، لكنها منخفضة الطاقة. عندما تنخفض درجة الحرارة ، فإنها تقلل من كفاءتها ، وعندما ترتفع ، يجف الإلكتروليت تدريجياً.
العناصر القلوية تتضمن استخدام محلول قلوي ، لذا فهي تحتوي على الكثيرالتطبيقات.
في خلايا الليثيوم ، يعمل المعدن النشط كأنود ، مما له تأثير إيجابي على عمر الخدمة. يحتوي الليثيوم على جهد قطب سالب ، لذلك ، مع أبعاد صغيرة ، فإن هذه العناصر لها أقصى جهد مقدر. من بين عيوب هذه الأنظمة ارتفاع الأسعار. فتح مصادر طاقة الليثيوم متفجر.
الخلاصة
يعتمد مبدأ تشغيل أي خلية كلفانية على عمليات الأكسدة والاختزال التي تحدث عند الكاثود والأنود. اعتمادًا على المعدن المستخدم ، يتغير محلول الإلكتروليت المحدد وعمر خدمة العنصر ، بالإضافة إلى قيمة الجهد المقنن. حاليًا ، هناك حاجة إلى خلايا جلفانية الليثيوم والكادميوم ، والتي تتمتع بعمر خدمة طويل إلى حد ما.
