المناهج الدراسية
الكيمياء
الباب الأول - العناصر الانتقالية
0/51
الباب الثاني - التحليل الكيميائي
0/35الباب الثالث - الاتزان الكيميائي
0/34الباب الرابع - الكيمياء الكهربية
0/44الباب الخامس - الكيمياء العضوية
0/89دروس إضافية
0/16610.1مقدمة10.2مقدمة الدرس10.3المفاهيم والمصطلحات الأساسية10.4المفاهيم والمصطلحات العلمية واللغوية الأساسية10.5الشرح والتفصيل العلمي الشامل10.6الشرح التفصيلي المستفيض لكافة محاور الدرس10.7المقارنات وخريطة المفاهيم الجوهرية10.8الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة10.9الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية10.10جداول المقارنة والتصنيف والتلخيص الشامل10.11أمثلة ومسائل محلولة بالخطوات10.12التطبيقات والمسائل النموذجية المحلولة بالخطوات10.13التطبيقات الحياتية والصناعية والتكنولوجية10.14تريكات الامتحان وكبسولة التفوق الوزاري10.15كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحان:10.16دليل استفسارات وأسئلة الطلاب الشائعة
نص الدرس
ملخص الدرس 1: الخلايا الجلفانية وقطب الهيدروجين والبطاريات والتحليل الكهربي
ملخص الدرس 1: الخلايا الجلفانية وقطب الهيدروجين والبطاريات والتحليل الكهربي
الشرح التفصيلي المستفيض لكافة محاور الدرس
الشرح التفصيلي المستفيض لكافة محاور الدرس
- 1. الخلية الجلفانية (خلية دانيال)
- عند الأنود تفقد كل ذرة خارصين إلكترونين وتتحول إلى أيون خارصين Zn2+، الذي يترك سطح صفيحة الخارصين ويذوب وينتشر في المحلول.
- عند الكاثود يكتسب كل أيون نحاس Cu2+ في المحلول إلكترونين، ويتحول إلى فلز نحاس يترسب.
- يتم فصل مكونات نصفي الخلية مع اتصالهما بقنطرة ملحية، والسماح للإلكترونات بالمرور في سلك بين نصفي الخلية، فينتج تيار كهربي من تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي.
- 2. القنطرة الملحية
- تملأ بمحلول إلكتروليتي مثل كبريتات الصوديوم Na2SO4، لا تتفاعل أيوناته مع أيونات محلولي نصفي الخلية ولا مع مواد الأقطاب.
- توصل بين محلولي نصفي الخلية بطريقة غير مباشرة، وتعادل الأيونات الموجبة والسالبة الزائدة التي تتكون في كل نصف خلية نتيجة التفاعل.
- عند غيابها يتوقف تفاعل الأكسدة والاختزال، وبالتالي يتوقف مرور التيار الكهربي في السلك الخارجي.
- 3. قطب الهيدروجين القياسي وقياس جهود الأقطاب
- اتفق العلماء على استخدام قطب الهيدروجين القياسي جهدا مرجعيا، وجهده صفر، وتقاس به جهود أقطاب العناصر الأخرى.
- يتغير جهد قطب الهيدروجين عن الصفر بتغير تركيز أيونات الهيدروجين في المحلول، أو بتغير الضغط الجزئي للغاز، أو بتغيرهما معا.
- 4. سلسلة الجهود الكهربية
- العناصر المتقدمة في السلسلة (جهود أكسدتها كبيرة) عوامل مختزلة، والعناصر المتأخرة (جهود اختزالها كبيرة) عوامل مؤكسدة.
- الترتيب التنازلي حسب جهود الأكسدة هو نفسه تنازلي حسب النشاط الكيميائي.
- العناصر المتقدمة في السلسلة تصلح كأنود بالنسبة للعناصر التي تليها، وتحل محل العناصر التي تليها في محاليل أملاحها.
- العناصر التي تسبق الهيدروجين في السلسلة تحل محله في كل من الماء والأحماض.
- 5. الخلايا الأولية (Primary cells)
- تخزن الطاقة في صورة كيميائية، ويحدث فيها تفاعل أكسدة واختزال غير انعكاسي.
- تتوقف عن العمل عندما تستهلك مادة متفاعلة أو تنضب أيونات نصف خلية المهبط.
- يصعب إعادة شحنها عمليا أو اقتصاديا، وتوجد غالبا في صورة جافة وتسمى البطاريات الجافة (Dry Batteries)، فتناسب الأجهزة المحمولة، وتحقق جهدا ثابتا لفترة أطول أثناء التشغيل، ويمكن تصنيعها في أحجام أصغر.
- 6. الخلايا الثانوية (Secondary cells)
- تفاعلاتها انعكاسية، وتختزن الطاقة الكهربية في صورة طاقة كيميائية، ويمكن تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربية عند اللزوم.
- يمكن إعادة شحنها بإمرار تيار كهربي من مصدر خارجي بين قطبيها في اتجاه عكس اتجاه التفريغ.
- بطارية الرصاص الحامضية (Lead – Acid battery)
- أنسب أنواع البطاريات المستخدمة في السيارات.
- تتكون غالبا من ستة خلايا موصلة على التوالي، تنتج كل منها 2 فولت، فتصبح القوة الدافعة الكهربية للبطارية نحو 12 فولت.
- الأنود شبكة من الرصاص مملوءة برصاص أسفنجي.
- خلية الوقود
- تزود بالوقود من مصدر خارجي، لذلك لا تستهلك كباقي الخلايا الجلفانية، وتعطي قوة دافعة كهربية 1.23 فولت.
- التفاعل الكلي هو اتحاد الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء 2H2 + O2 → 2H2O.
- تعمل عند درجة حرارة عالية، فيتبخر الماء الناتج ويعاد تكثيفه للاستفادة منه كمياه للشرب في رحلات الفضاء.
- لا تختزن الطاقة، وعملها يتطلب إمدادها المستمر بالوقود وإزالة مستمرة للنواتج.
- 7. وقاية الحديد من الصدأ والتآكل
- الطلاء بالمواد العضوية كالزيت أو الورنيش أو السلاقون، وهي طريقة غير فعالة على المدى البعيد.
- التغطية بالفلزات المقاومة للتآكل، مثل جلفنة الصلب بغمسه في الخارصين المنصهر، واستخدام الماغنسيوم في وقاية الصلب المستخدم في صناعة السفن، واستخدام القصدير في طلاء الحديد المستخدم في صناعة علب المأكولات.
- الحماية الكاثودية إذا كان الفلز الواقي أقل نشاطا من الحديد (مثل القصدير) تتكون خلية جلفانية يكون فيها الحديد أنودا فيتآكل، لذلك يصدأ الحديد المطلي بالقصدير عند الخدش أسرع من الحديد غير المطلي.
- الحماية الأنودية طلاء الحديد بفلز أكثر نشاطا منه، مثل الخارصين، فيتآكل الخارصين أولا بالكامل قبل أن يبدأ الحديد في الصدأ.
- لحماية هياكل السفن ومواسير الحديد المدفونة في التربة الرطبة، يتم توصيلها بفلز أنشط من الحديد مثل الماغنسيوم، فيتآكل الماغنسيوم بدلا من الحديد، ولذلك يسمى القطب المضحي.
- 8. التحليل الكهربي والخلايا الإلكتروليتية
- تتكون من إناء به محلول إلكتروليتي (محلول لأحد الأملاح أو القواعد أو الأحماض، أو مصهور لأحد الأملاح) مغمور فيه قطبان.
- يوصل أحد القطبين بالقطب الموجب للبطارية فيصبح الأنود، وتحدث عنده الأكسدة. ويوصل القطب الآخر بالقطب السالب فيصبح الكاثود، وتحدث عنده الاختزال.
- يسري التيار عند توصيل القطبين بجهد يفوق قليلا الجهد الانعكاسي للخلية. تتجه الأيونات الموجبة إلى الكاثود فتكتسب إلكترونات، وتتجه الأيونات السالبة إلى الأنود فتفقد إلكترونات.
- مثال عند التحليل الكهربي لمحلول كلوريد النحاس (CuCl2) يتصاعد الكلور عند الأنود، ويترسب النحاس عند الكاثود.
- يستخدم التحليل الكهربي في تنقية النحاس وفي استخلاص الألومنيوم من البوكسيت.
- 9. تطبيقات التحليل الكهربي في صناعة الألومنيوم
- يذاب البوكسيت في مصهور مخلوط مع الكريوليت، ويتميز هذا المصهور بانخفاض درجة انصهاره وكثافته مقارنة بالكريوليت وحده، ويسهل فصل الألومنيوم المنصهر الذي يترسب في قاع الخلية.
- الكاثود إناء من الحديد مبطن بالجرافيت، والأنود أسطوانات من الجرافيت. يتصاعد الأكسجين عند الأنود ويتفاعل مع الكربون مكونا أول وثاني أكسيد الكربون، لذلك يلزم تغيير الأنودات باستمرار لتآكلها.
- 10. تنقية النحاس كهربيا
- الأنود نحاس غير نقي، والكاثود سلك أو رقائق من النحاس النقي، والمحلول الإلكتروليتي محلول مائي من كبريتات النحاس.
- عند الأنود يذوب النحاس ويتحول إلى أيونات نحاس تنتشر في المحلول. وعند الكاثود تترسب أيونات النحاس في صورة نحاس نقي.
- الشوائب مثل الحديد والخارصين تتأكسد وتذوب في المحلول دون أن تترسب على الكاثود. أما الذهب والفضة فلا يتأكسدان، فيتساقطان أسفل الأنود وتزال في قاع الخلية.
- بهذه الطريقة يمكن الحصول على نحاس نقاوته 99.95%.
- 11. قانون فاراداي الأول
- يتم تمرير كميات مختلفة من التيار في نفس المحلول
- ومقارنة كميات المادة المتكونة عند الكاثود أو المذابة من الأنود
- فتتضح العلاقة بين كمية الكهرباء وكمية المادة.
ملخص الدرس 1: الخلايا الجلفانية وقطب الهيدروجين والبطاريات والتحليل الكهربي · 6 / 16
أحسنت! أنهيت هذا الدرس
ماذا تريد أن تفعل الآن؟