المناهج الدراسية
تسجيل الدخول

المناهج الدراسية

الكيمياء

الباب الأول - العناصر الانتقالية

0/51

الباب الثاني - التحليل الكيميائي

0/35

الباب الثالث - الاتزان الكيميائي

0/34

الباب الرابع - الكيمياء الكهربية

0/44

الباب الخامس - الكيمياء العضوية

0/89

دروس إضافية

0/166
نص الدرس

الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية

الكيمياء

الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية

مقدمة

مقدمة

  • التمييز بين الخلية الإلكتروليتية والخلية الجلفانية وكتابة تفاعلات الأقطاب في التحليل الكهربي.
  • تطبيق قانوني فاراداي والقانون العام للتحليل الكهربي في حل المسائل.
  • التعرف على التطبيقات الصناعية الطلاء بالكهرباء واستخلاص الألومنيوم وتنقية النحاس.

🌳 شجرة المفاهيم

الدرس الثالث←قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية

├── الخلايا الإلكتروليتية

│ ├── التعريف والتركيب

│ ├── نوعا الإلكتروليتات

  1. │ ├── كيف تعمل؟
  2. التحليل الكهربي لمحلول كلوريد النحاس II

│ ├── التحليل الكهربي

  • │ └── مقارنة بين الخلية الجلفانية والخلية الإلكتروليتية

├── قانونا فاراداي للتحليل الكهربي

│ ├── القانون الأول لفاراداي

│ └── القانون الثاني لفاراداي

├── كمية الكهرباء والفاراداي

│ ├── كمية الكهرباء

│ ├── الفاراداي

│ └── القانون العام للتحليل الكهربي

├── مسائل على قوانين فاراداي

├── الطلاء بالكهرباء

│ ├── المفهوم والغرض

│ └── مثال←طلاء إبريق بالفضة

├── استخلاص الألومنيوم كهربيًا

│ ├── الخام والإلكتروليت

│ ├── تركيب الخلية

│ └── التفاعلات

├── تنقية المعادن (تنقية النحاس كهربيًا)

│ ├── الغرض

│ ├── تركيب الخلية

│ ├── التفاعلات

│ └── مصير الشوائب

└── تطبيقات التحليل الكهربي

الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 1 / 14
الخلايا الإلكتروليتية

الخلايا الإلكتروليتية

التعريف والتركيب

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
الخلية الإلكتروليتيةخلية كهربية تستخدم فيها طاقة كهربية من مصدر خارجي لإحداث تفاعل أكسدة واختزال غير تلقائي الحدوث—كهربيةتستخدمفيهاطاقة
•
  • عبارة عن إناء يحتوي على محلول إلكتروليتي (محلول أحد الأملاح أو القواعد أو الأحماض
  • أو مصهور أحد الأملاح)
—عبارةإناءيحتويمحلول
•يغمر فيه قطبان من مادة واحدة (الكربون أو البلاتين) أو من مادتين مختلفتين (مثل الكربون والنحاس والخارصين)يغمرقطبانمادةواحدة
الأنود (المصعد)
  • القطب الموصل بالقطب الموجب للبطارية
  • وتحدث عنده الأكسدة
—القطبالموصلبالقطبالموجب
الكاثود (المهبط)
  • القطب الموصل بالقطب السالب للبطارية
  • وتحدث عنده الاختزال
—القطبالموصلبالقطبالسالب
  • الإلكتروليتات السائلة نوعان محاليل الأحماض والقلويات والأملاح، ومصاهير الأملاح.
  • نكتفي بدراسة التحليل الكهربي لمصاهير الأملاح ومحاليل أملاح الفلزات الأقل نشاطًا من الهيدروجين.
  • الإلكتروليتات تختلف عن الموصلات الإلكترونية (الفلزات).
  • عند توصيل القطبين بحيث يكون الجهد المسلط على الخلية أكبر قليلًا من الجهد الانعكاسي للخلية يسري تيار كهربي.
  • تتجه الأيونات الموجبة نحو الكاثود وتتعادل شحنتها باكتساب إلكترونات (اختزال).
  • تتجه الأيونات السالبة نحو الأنود وتتعادل شحنتها بفقد إلكترونات (أكسدة).
  • تفاعل الأكسدة عند الأنود (القطب الموجب) 2Cl−(aq) → Cl₂(g) + 2e− (جهد الأكسدة = −1.36 V)
  • تفاعل الاختزال عند الكاثود (القطب السالب) Cu2+(aq) + 2e− → Cu(s) (جهد الاختزال = +0.34 V)
  • التفاعل الكلي CuCl₂(aq) → Cu(s) + Cl₂(g)
  • جهد الخلية = مجموع جهدي الأكسدة والاختزال =

    -1.36 + 0.34 =-1.02 V

    .
  • الإشارة السالبة تعني أن التفاعل الكلي لا يتم تلقائيًا في خلية جلفانية، لكنه يتم في خلية إلكتروليتية باستخدام طاقة كهربية من مصدر خارجي.
  • يتصاعد غاز الكلور عند الأنود ويترسب النحاس عند الكاثود.
التحليل الكهربي←التحلل الكيميائي للمحلول الإلكتروليتي بفعل مرور التيار الكهربي فيه (مثل تصاعد الكلور وترسيب النحاس).
شكل 1: التحليل الكهربي لكلوريد النحاس يبيّن الشكل خلية إلكتروليتية يُغمس فيها قطبان في محلول كلوريد النحاس II، والقطب السالب يصبح كاثودًا تُختزل عنده أيونات النحاس الموجبة إلى فلز نحاس. أما القطب الموجب فيصبح أنودًا تتأكسد عنده أيونات الكلوريد إلى غاز الكلور، والتيار هنا مفروض من مصدر خارجي.
شكل 1: التحليل الكهربي لكلوريد النحاس يبيّن الشكل خلية إلكتروليتية يُغمس فيها قطبان في محلول كلوريد النحاس II، والقطب السالب يصبح كاثودًا تُختزل عنده أيونات النحاس الموجبة إلى فلز نحاس. أما القطب الموجب فيصبح أنودًا تتأكسد عنده أيونات الكلوريد إلى غاز الكلور، والتيار هنا مفروض من مصدر خارجي.
وجه المقارنة الخلية الجلفانية الخلية الإلكتروليتية
مصدر الطاقة تفاعل تلقائي ينتج طاقة كهربية طاقة كهربية من مصدر خارجي
نوع التفاعل أكسدة واختزال تلقائي أكسدة واختزال غير تلقائي
الأنود القطب السالب (أكسدة) القطب الموجب (أكسدة)
الكاثود القطب الموجب (اختزال) القطب السالب (اختزال)
جهد الخلية موجب سالب (لا يتم التفاعل دون مصدر خارجي)
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 2 / 14
قانونا فاراداي للتحليل الكهربي

قانونا فاراداي للتحليل الكهربي

  • أمكن استخدام ظاهرة مرور التيار في محاليل التوصيل الكهربي وما يتبعها من تعادل أيوناتها وتحررها في تطبيقات صناعية ومعملية كثيرة.
  • لوضع أساس علمي لهذه العمليات استنبط العالم فاراداي العلاقة بين كمية الكهرباء المارة في المحلول وكمية المادة المتحررة عند الأقطاب، وخصها في قانونين.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
تتناسب كمية المادة المتكونة أو المستهلكة عند أي قطب(سواء كانت غازية أو صلبة) تناسبًا طرديًا مع كمية الكهرباء التي تمر في المحلول أو المصهور الإلكتروليتيسواءكانتغازيةصلبة
التحقق
  • بتمرير كميات مختلفة من التيار في نفس المحلول وحساب نسبة كتل المواد المتكونة على الكاثود (أو الذائبة من الأنود)
  • ومقارنة هذه النسب بنسب كميات الكهرباء المارة. m ∝ Q
بتمريركمياتمختلفةالتيار
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•كميات المواد المختلفة المتكونة أو المستهلكة بمرور نفس كمية الكهرباء في عدة إلكتروليتات متصلة على التوالي تتناسب مع كتلتها المكافئة. كتلة العنصر الأول ÷ كتلة العنصر الثاني = الكتلة المكافئة للعنصر الأول ÷ الكتلة المكافئة للعنصر الثانيكمياتالموادالمختلفةالمتكونة
الكتلة المكافئة الجراميةكتلة المادة التي لها القدرة على فقد أو اكتساب مول واحد من الإلكترونات أثناء التفاعل الكيميائي. الكتلة المكافئة الجرامية = الكتلة الذرية الجرامية ÷ عدد شحنات أيون العنصر (Z)المادةالقدرةاكتسابواحد
التحقق
  • بإمرار نفس كمية الكهرباء على التوالي في كبريتات النحاس II ونيترات الفضة ومصهور كلوريد الألومنيوم
  • فتكون كتل المواد المترسبة على الكاثود (Cu وAg وAl) متناسبة مع كتلها المكافئة
  • أي بنسبة Al : Ag : Cu = 9 : 107.88 : 31.75
بإمراركميةالكهرباءالتوالي
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 3 / 14
كمية الكهرباء والفاراداي

كمية الكهرباء والفاراداي

كمية الكهرباء

  • كمية الكهرباء Q (كولوم) = شدة التيار I (أمبير) × الزمن t (ثانية)
  • 1 C = 1 A × 1 s

  • عند إمرار 1 كولوم في محلول أيونات الفضة يترسب 1.118 mg (0.001118 g) من الفضة.
  • عند إمرار فاراداي واحد (F) يترسب كتلة مكافئة جرامية من الفضة (107.88 g):
    • F = 107.88 ÷ 0.001118 ≈ 96500 C

  • ترسيب أو إذابة كتلة مكافئة جرامية من الفضة يتطلب 96500 C، وهي كمية الكهرباء اللازمة نفسها لأي عنصر آخر (حسب القانون الثاني).
  • الفاراداي (F) = وحدة كمية الكهرباء = 96500 C تقريبًا.
  • عند مرور واحد فاراداي (96500 C) خلال الإلكتروليت يذوب أو يتصاعد أو يترسب كتلة مكافئة جرامية من المادة عند أحد الأقطاب.
  • الذرة الجرامية = الكتلة المكافئة الجرامية × عدد شحنات الأيون Z، لذلك:
    • ترسيب mol واحد من الفضة (Ag+ + e− → Ag) يحتاج 1F.
    • ترسيب mol واحد من النحاس (Cu2+ + 2e− → Cu) يحتاج 2F.
  • كتلة المادة المترسبة (g) = [شدة التيار I (A) × الزمن t (s) × الكتلة المكافئة] ÷

    96500m = (I × t × Eq) ÷ 96500

الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 4 / 14
مسائل على قوانين فاراداي

مسائل على قوانين فاراداي

✍️ أمثلة محلولة

  • مثال 1 احسب كتلة النحاس المترسبة عند إمرار تيار شدته 2 A لمدة 30 دقيقة في محلول كبريتات النحاس
  • II (Cu = 63.5).
  • الحل:

الزمن = 30 × 60 = 1800 s

كمية الكهرباء Q = 2 × 1800 = 3600 C

  1. Cu2+ + 2e− → Cu
  2. فالكتلة المكافئة = 63.5 ÷ 2 = 31.75 g

m = (3600 × 31.75) ÷ 96500

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
•m = 1.184 g
  • 2: احسب كتلة كل من الذهب والكلور الناتجين من إمرار 10000 C من الكهرباء في محلول مائي من كلوريد الذهب III (Au = 197
  • Cl = 35.45). الحل
مثالاحسبكتلةالذهب
تفاعل الكاثود
  • Au3+ + 3e− → Au
  • فالكتلة المكافئة للذهب = 197 ÷ 3 = 65.67 g
—فالكتلةالمكافئةللذهب
تفاعل الأنود
  • 2Cl− → Cl₂ + 2e−
  • فالكتلة المكافئة للكلور = 35.45 g
—فالكتلةالمكافئةللكلور

كتلة الذهب = (10000 × 65.67) ÷ 96500 = 6.805 g

  • كتلة الكلور =

    (10000 × 35.45) ÷ 96500 = 3.674 g

    مثال 3: ما كمية الكهرباء (بالكولوم) اللازمة لفصل 5.6 g من الحديد من محلول كلوريد الحديد

    III (Fe = 55.85)

    ؟
    الحل:
  • تفاعل الكاثود Fe3+ + 3e− → Fe

الكتلة المكافئة للحديد = 55.85 ÷ 3 = 18.62 g

ترسيب 18.62 g يحتاج 96500 C

Q = (5.6 × 96500) ÷ 18.62

Q ≈ 29022 C مثال 4←مرت كمية الكهرباء نفسها في خليتين على التوالي: الأولى كبريتات النحاس II والثانية نيترات الفضة، فترسب 1.588 g من النحاس. احسب كتلة الفضة المترسبة (Cu = 63.5، Ag = 107.88). الحل:

الكتلة المكافئة للنحاس = 63.5 ÷ 2 = 31.75 g

الكتلة المكافئة للفضة = 107.88 ÷ 1 = 107.88 g

كتلة Ag ÷ كتلة Cu = 107.88 ÷ 31.75

كتلة Ag = 1.588 × 107.88 ÷ 31.75

  • كتلة

    Ag = 5.40 g

    مثال 5: كم ثانية يلزم لترسيب 9 g من الألومنيوم من مصهور مركب ألومنيوم بتيار شدته

    10 A (Al = 27)

    ؟
    الحل:

Al3+ + 3e− → Al، فالكتلة المكافئة = 27 ÷ 3 = 9 g

9 g ترسب بمرور 96500 C

t = Q ÷ I = 96500 ÷ 10

t = 9650 s (حوالي 2 ساعة و41 دقيقة)

الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 5 / 14
الطلاء بالكهرباء

الطلاء بالكهرباء

شكل 2: الطلاء بالنحاس — الطلاء بالكهرباء يعرض الشكل الطلاء بالكهرباء، حيث يكون الجسم المراد طلاؤه مهبطًا (كاثودًا) يترسب عليه الفلز من المحلول. ويهدف الطلاء إلى إكساب الجسم مظهرًا لامعًا أو حمايته من التآكل، كطلاء الأدوات الصحية بالكروم أو الذهب، كما يرفع قيمة الفلزات الرخيصة.
شكل 2: الطلاء بالنحاس — الطلاء بالكهرباء يعرض الشكل الطلاء بالكهرباء، حيث يكون الجسم المراد طلاؤه مهبطًا (كاثودًا) يترسب عليه الفلز من المحلول. ويهدف الطلاء إلى إكساب الجسم مظهرًا لامعًا أو حمايته من التآكل، كطلاء الأدوات الصحية بالكروم أو الذهب، كما يرفع قيمة الفلزات الرخيصة.

المفهوم والغرض

  • الطلاء بالكهرباء عملية تكوين طبقة رقيقة من فلز معين على سطح فلز آخر لإعطائه مظهرًا جميلًا ولامعًا أو لحمايته من التآكل.
  • أجزاء من السيارات المصنوعة من الصلب تطلى بطبقة من الكروم لإعطائها شكلًا جماليًا ولحمايتها من التآكل.
  • بعض الأدوات الصحية كالصنابير والخلاطات تطلى بالكروم أو الذهب.
  • يرفع الطلاء قيمة بعض الفلزات الرخيصة بعد طلائها بالكروم أو الذهب أو الفضة.

مثال: طلاء إبريق بالفضة

  • ينظف سطح الإبريق تمامًا ثم يغمس في محلول إلكتروليتي يحتوي على أيونات الفضة (نيترات الفضة).
  • يوضع في المحلول عمود من فلز الفضة.
  • الإبريق يوصل بالقطب السالب للبطارية فيصبح كاثودًا (يحدث اختزال: Ag+ + e− → Ag).
  • عمود الفضة يوصل بالقطب الموجب فيصبح أنودًا (يحدث أكسدة: Ag → Ag+ + e−).
  • يظل تركيز أيونات الفضة ثابتًا تقريبًا لأن ما يترسب على الإبريق يعوضه ما يذوب من العمود.
شكل 3: الطلاء الكهربي بالنحاس يصف الشكل طلاء إبريق بالفضة، فيُوصل الإبريق بالقطب السالب ليكون كاثودًا تُختزل عنده أيونات الفضة، ويُوصل عمود من الفضة بالقطب الموجب فيصبح أنودًا تتأكسد فيه الفضة. وبهذا يبقى تركيز أيونات الفضة تقريبًا ثابتًا، لأن ما يترسب يعوّضه ما يذوب من الأنود.
شكل 3: الطلاء الكهربي بالنحاس يصف الشكل طلاء إبريق بالفضة، فيُوصل الإبريق بالقطب السالب ليكون كاثودًا تُختزل عنده أيونات الفضة، ويُوصل عمود من الفضة بالقطب الموجب فيصبح أنودًا تتأكسد فيه الفضة. وبهذا يبقى تركيز أيونات الفضة تقريبًا ثابتًا، لأن ما يترسب يعوّضه ما يذوب من الأنود.
شكل 3←الطلاء الكهربي بالنحاس يصف الشكل طلاء إبريق بالفضة، فيُوصل الإبريق بالقطب السالب ليكون كاثودًا تُختزل عنده أيونات الفضة، ويُوصل عمود من الفضة بالقطب الموجب فيصبح أنودًا تتأكسد فيه الفضة. وبهذا يبقى تركيز أيونات الفضة تقريبًا ثابتًا، لأن ما يترسب يعوّضه ما يذوب من الأنود.: الطلاء بالكهرباء
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 6 / 14
استخلاص الألومنيوم كهربيًا

استخلاص الألومنيوم كهربيًا

شكل 4: استخلاص الألومنيوم كهربيًا — استخلاص الألومنيوم كهربيًا يبيّن الشكل خلية استخلاص الألومنيوم من خام البوكسيت المذاب في مصهور الكريوليت، ويُضاف الفلورسبار لخفض درجة الانصهار إلى نحو 950 درجة مئوية. ويترسب الألومنيوم المنصهر في قاع الخلية لأنه أكثر كثافة من المصهور، ولذلك يسهّل انخفاض كثافة المصهور فصله.
شكل 4: استخلاص الألومنيوم كهربيًا — استخلاص الألومنيوم كهربيًا يبيّن الشكل خلية استخلاص الألومنيوم من خام البوكسيت المذاب في مصهور الكريوليت، ويُضاف الفلورسبار لخفض درجة الانصهار إلى نحو 950 درجة مئوية. ويترسب الألومنيوم المنصهر في قاع الخلية لأنه أكثر كثافة من المصهور، ولذلك يسهّل انخفاض كثافة المصهور فصله.

الخام والإلكتروليت

  • يستخلص الألومنيوم كهربيًا من خام البوكسيت Al₂O₃ المذاب في مصهور الكريوليت Na₃AlF₆.
  • يحتوي المصهور على قليل من الفلورسبار CaF₂ لخفض درجة انصهار المخلوط من 2045°C إلى نحو 950°C.
  • حديثًا يستعاض عن الكريوليت بمخلوط من فلوريدات الألومنيوم والصوديوم والكالسيوم.
    • يتميز المصهور الجديد بانخفاض درجة انصهاره وانخفاض كثافته مقارنة بالمصهور مع الكريوليت.
    • انخفاض كثافة المصهور يسهل فصل الألومنيوم المنصهر الذي يترسب في قاع خلية التحليل.

    تركيب الخلية

    • المهبط (الكاثود): جسم إناء الخلية المصنوع من الحديد والمبطن بطبقة من الكربون (جرافيت).
    • المصعد (الأنود): أسطوانات من الكربون (جرافيت).

    التفاعلات

    • عند الكاثود (اختزال): Al3+ + 3e− → Al(l)
    • عند الأنود (أكسدة): 2O2− → O₂(g) + 4e−
    • التفاعل الكلي: 2Al₂O₃(l) → 4Al(l) + 3O₂(g) (بالتحليل الكهربي لمصهور الألومينا)
    • يتفاعل الأكسجين المتصاعد مع أقطاب الكربون مكونًا غازي أول وثاني أكسيد الكربون لذا يلزم تغيير الأنودات باستمرار لتآكلها:
      • O₂(g) + C(s) → CO₂(g)
      • O₂(g) + 2C(s) → 2CO(g)
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 7 / 14
تنقية المعادن (تنقية النحاس كهربيًا)

تنقية المعادن (تنقية النحاس كهربيًا)

شكل 5: تنقية النحاس كهربيًا — تنقية المعادن (تنقية النحاس كهربيًا) يوضح الشكل تنقية النحاس بالتحليل الكهربي، إذ يكون الأنود من النحاس غير النقي والكاثود من النحاس النقي، والإلكتروليت محلول كبريتات النحاس II. يذوب النحاس من الأنود ويترسب نحاسًا نقيًا على الكاثود، بينما تسقط الشوائب كالذهب والفضة أسفل الخلية.
شكل 5: تنقية النحاس كهربيًا — تنقية المعادن (تنقية النحاس كهربيًا) يوضح الشكل تنقية النحاس بالتحليل الكهربي، إذ يكون الأنود من النحاس غير النقي والكاثود من النحاس النقي، والإلكتروليت محلول كبريتات النحاس II. يذوب النحاس من الأنود ويترسب نحاسًا نقيًا على الكاثود، بينما تسقط الشوائب كالذهب والفضة أسفل الخلية.

الغرض

  • درجة نقاوة المعادن المحضرة في الصناعة تقل عن المطلوب لبعض الاستخدامات فتقلل كفاءتها.
  • النحاس الذي نقاوته 99% يحتوي على شوائب الحديد والخارصين والذهب والفضة، وتقلل من قابليته للتوصيل الكهربي ومن جودته.
  • لذلك يستخدم التحليل الكهربي لتنقية النحاس المستخدم في صناعة الأسلاك الكهربية.

تركيب الخلية

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
الأنود (القطب الموجب)فلز النحاس غير النقيالنحاسالنقي
الكاثود (القطب السالب)سلك أو رقائق من النحاس النقيرقائقالنحاسالنقي
الإلكتروليتمحلول مائي من كبريتات النحاس II الذي يتأين إلى Cu2+ وSO₄2−: CuSO₄(aq) → Cu2+(aq) + SO₄2−(aq)محلولمائيكبريتاتالنحاس
•يسلط جهد يزيد قليلًا عن الجهد القياسي لنصف خلية النحاس فتتجه الأيونات نحو الأقطاب المخالفة لها في الشحنةيسلطيزيدقليلالجهد
التفاعلات
عند الأنود (أكسدة)Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e− (يذوب النحاس وتنتشر أيوناته في المحلول)
عند الكاثود (اختزال)Cu2+(aq) + 2e− → Cu(s) (يترسب نحاس نقي)

مصير الشوائب

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
شوائب أنشط من النحاس(الحديد والخارصين): تتأكسد وتذوب في المحلول لكنها لا تترسب على الكاثود لصعوبة اختزالها بالنسبة لأيونات النحاس: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e− Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e−الحديدوالخارصينتتأكسدوتذوب
شوائب أقل نشاطًا
  • (الذهب والفضة): لا تتأكسد عند جهد تأكسد النحاس
  • فتتساقط أسفل الأنود وتجمع في قاع الخلية
الذهبوالفضةتتأكسدتأكسد
•
  • بهذه الطريقة نحصل على نحاس نقاوته 99.95%
  • ويمكن فصل بعض المعادن النفيسة كالذهب والفضة من خامات النحاس
بهذهالطريقةنحصلنحاس
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 8 / 14
تطبيقات التحليل الكهربي

تطبيقات التحليل الكهربي

وجه المقارنة الطلاء بالكهرباء استخلاص الألومنيوم تنقية النحاس
الأنود الفلز المراد الطلاء به (مثل الفضة) أسطوانات الكربون النحاس غير النقي
الكاثود الجسم المراد طلاؤه إناء الحديد المبطن بالكربون النحاس النقي
الإلكتروليت محلول ملح الفلز المترسب مصهور الألومينا في الكريوليت محلول CuSO₄
الهدف مظهر جميل وحماية من التآكل الحصول على الألومنيوم من خامه رفع نقاوة النحاس إلى 99.95%
  • .egp-ex{margin:18px 0;border:1px solid rgba(79,63,224,.2);border-radius:16px;overflow:hidden;background:#fff}.egp-ex-h{padding:10px 16px;font-weight:800;background:linear-gradient(90deg,#4f3fe0,#22c1c3);color:#fff}.egp-ex-tabs{display:flex;flex-wrap:wrap;gap:6px;padding:10px 12px;background:#f7f6ff}.egp-ex-b{border:1px solid rgba(79,63,224,.3);background:#fff;border-radius:20px;padding:5px 14px;font-weight:700;cursor:pointer}.egp-ex-b.on{background:#4f3fe0;color:#fff}.egp-ex-p{padding:12px 16px}function egpEx(b,k){var w=b.closest(‘.egp-ex’);w.querySelectorAll(‘.egp-ex-b’).forEach(function(x,i){x.classList.toggle(‘on’,i===k)});w.querySelectorAll(‘.egp-ex-p’).forEach(function(x,i){x.hidden=i!==k})}
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 9 / 14
الشرح الموسوعي المعتمد والمصطلحات الكاملة (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

الشرح الموسوعي المعتمد والمصطلحات الكاملة (كتب الوزارة + الامتحان + المعاصر + الوسام)

  • 📖
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 10 / 14
📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

📌 قاموس المصطلحات والمفاهيم العلمية الدقيقة:

  • الخلية الإلكتروليتية أو التحليلية (Electrolytic Cell):
  • خلية كهروكيميائية غير تلقائية، تستخدم الطاقة الكهربية من مصدر خارجي لإحداث تفاعل أكسدة واختزال غير تلقائي (ΔG موجبة)؛ وتتألف من قطبين مغمورين في إلكتروليت؛ والأنود فيها هو المصعد الموجب المتصل بالقطب الموجب للبطارية وتحدث عنده الأكسدة، والكاثود هو المهبط السالب المتصل بسالب البطارية وتحدث عنده الاختزال.
  • التحليل الكهربي (Electrolysis):
  • العملية الكيميائية التي يتم فيها فصل وتفكيك مكونات المادة الإلكتروليتية (مصهور أو محلول) بالتيار الكهربي المباشر عبر هجرة الأيونات الموجبة (الكاتيونات) نحو الكاثود السالب لاختزالها، وهجرة الأيونات السالبة (الآنيونات) نحو الأنود الموجب لأكسدتها.
  • قانون فاراداي الأول (Faraday’s First Law):
  • تتناسب كتلة أي مادة تتكون أو تستهلك أو تذوب عند أي قطب أثناء التحليل الكهربي تناسباً طردياً مع كمية الشحنة الكهربية (Q = I · t) المارة في المحلول أو المصهور الإلكتروليتي.
  • قانون فاراداي الثاني (Faraday’s Second Law):
  • تتناسب كتل المواد المختلفة الناتجة أو المستهلكة عند الأقطاب بمرور نفس كمية الكهربية في عدة خلايا إلكتروليتية متصلة على التوالي تناسباً طردياً مع كتلها المكافئة الجرامية.
  • الكتلة المكافئة الجرامية (Equivalent Mass):
  • كتلة المادة التي تفقد أو تكتسب مولاً واحداً من الإلكترونات أثناء تفاعل الأكسدة والاختزال؛ وتساوي الكتلة الذرية الجرامية للعنصر مقسومة على تكافؤه (عدد تأكسده): Equivalent Mass = Atomic Mass / Valency.
  • الفاراداي والقانون العام للتحليل الكهربي (Faraday Constant):
  • كمية الشحنة الكهربية المكافئة لمول واحد من الإلكترونات، وتساوي 96,500 كولوم (1F = 96,500 C)؛ وينص القانون العام على أن مرور واحد فاراداي (96,500 C) في أي إلكتروليت يؤدي بالضرورة إلى ترسيب أو تصعيد أو إذابة كتلة مكافئة جرامية واحدة من المادة عند أحد القطبين.
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 11 / 14
⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

⚖️ القوانين والعلاقات الرياضية والفيزيائية الحاكمة:

وجه المقارنةالفكرة الأساسيةمثالكلمات مفتاحية
المعادلة الكهروكيميائية العامة لحسابات فاراداي الكتلية
  • [ الصيغة: الكتلة المترسبة (g) = [شدة التيار I (A) × الزمن t (s) × الكتلة المكافئة الجرامية] ÷ 96
  • 500 ] تُ
المعادلة الحسابية الشاملة لربط شدة التيار والزمن وكمية الكهربية بالكولوم بالكتلة المادية المترسبة أو الغاز المتصاعد عند الأقطابالصيغةالكتلةالمترسبةالتيار
قانون ترسيب أو تصعيد المول الواحد من العناصر
  • [ الصيغة: كمية الكهربية اللازمة لترسيب 1 مول من ذرات العنصر = z × F = z × 96
  • 500 كولوم (حيث z هو تكافؤ العنصر) ] لترسيب مول من الفضة أحادية التكافؤ يلزم 1F
  • ومول من النحاس ثنائي التكافؤ يلزم 2F
  • ومول من الألومنيوم ثلاثي التكافؤ يلزم 3F
  • ومول من غاز الأكسجين (O2 جزيء ثنائي الذرة) يلزم 4F
—الصيغةكميةالكهربيةاللازمة
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 12 / 14
🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

🔍 الشرح والتحليل المستفيض وتفسيرات علل والاستنتاجات:

★ كتاب الشرح والتفصيل العلمي الشامل المعتمد ★

  • كتاب الشرح المفصل الكيمياء الكهربية المتقدمة: التحليل الكهربي، قوانين فاراداي الحسابية، وتطبيقات الطلاء واستخلاص الألومنيوم وتنقية النحاس
  • الكيمياء | الصف الثالث الثانوي (الثانوية العامة) | 2026/2027 | الباب الرابع – الكيمياء الكهربية
  • 🎯 أهداف التعلم والمخرجات التعليمية المقررة بالتفصيل:
  • • إتقان المفاهيم الرياضية لقوانين فاراداي الأول والثاني والحسابات الكهروكيميائية الشاملة.
  • • استيعاب ميكانيكية التحليل الكهربي للمصاهير والمحاليل وتنافس جهود الأكسدة والاختزال.
  • • فهم التطبيقات الصناعية الثلاثة الطلاء، استخلاص الألومنيوم، وتنقية النحاس إلى 99.95%.
  • ◄ أولاً بنية الخلية الإلكتروليتية وميكانيكا التحليل الكهربي للمصاهير والمحاليل
  • تُمثل الخلايا الإلكتروليتية المحرك الكهربي للتفاعلات الكيميائية الإجبارية، وتتكون تشريحياً من: إناء عازل يحتوي على إلكتروليت (سائل موصل للتيار يحتوي على أيونات حرة الحركة)، وقطبين موصلين مغمورين في الإلكتروليت يتصلان بمصدر تيار مستمر (بطارية ذات جهد يفوق جهد الخلية الانعكاسي قليلاً): 1) القطب الموجب (الأنود – المصعد): يتصل بالقطب الموجب للبطارية وتفقد عنده الإلكترونات؛ فتحدث عنده عملية ‘الأكسدة’ إما لآنيونات الإلكتروليت السالبة التي تنجذب إليه أو لمادة القطب ذاته إذا كان قطباً نشطاً (كالنحاس أو الفضة).
  • 2) القطب السالب (الكاثود – المهبط) يتصل بالقطب السالب للبطارية وتكتسب عنده الإلكترونات؛ فتحدث عنده عملية ‘الاختزال’ للكاتيونات الموجبة التي تنجذب إليه لتكتسب الإلكترونات وتترسب كذرات فلزية أو تتصاعد كغازات.
  • ويختلف ناتج التحليل الكهربي جوهرياً بين المصاهير والمحاليل المائية: أ- في المصهور (كتحليل مصهور NaCl): لا يوجد سوى أيونات الملح فقط؛ فتختزل كاتيونات Na+ عند الكاثود مكونة فلز الصوديوم السائل، وتتأكسد آنيونات Cl- عند الأنود متصاعدة كغاز الكلور Cl2.
  • ب- في المحاليل المائية يحدث تنافس بين أيونات الملح وأيونات الماء (H+ و OH-)؛ وعند الكاثود يختزل الأيون ذو ‘جهد الاختزال الأعلى’ (فمثلاً يختزل H+ ويتصاعد غاز الهيدروجين بدلاً من الصوديوم لأن جهد اختزال الهيدروجين أعلى بكثير من الصوديوم الذي يفضل البقاء ذائباً)، وعند الأنود يتأكسد الأيون ذو ‘جهد التأكسد الأعلى’.
  • شكل توضيحي (شكل 1 – تركيب الخلية الإلكتروليتية وتجربة طلاء ملعقة بالفضة): الرسم التخطيطي الكامل لخلية الطلاء الكهربي وتوصيل الملعقة بالكاثود والفضة بالأنود
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
◄ ثانياًقوانين فاراداي للتحليل الكهربي والاستنتاج الرياضي لمكافئ الكهربيةقوانينفارادايللتحليلالكهربي
•أرسى العالم الإنجليزي مايكل فاراداي عام 1834 القوانين الكمية الحاكمة للعلاقة بين الكهربية والمادة: 1) قانون فاراداي الأول: أثبت عملياً أن مضاعفة كمية الكهربية المارة في الخلية (بمضاعفة شدة التيار أو مضاعفة زمن المرور: Q = I · t) تؤدي حتماً لمضاعفة الكتلة المترسبة من الفلز عند الكاثود أو المذابة من الأنود تناسباً طردياً مطلقاًأرسىالعالمالإنجليزيمايكل
2) قانون فاراداي الثاني
  • عند توصيل عدة خلايا إلكتروليتية متصلة على التوالي (تحتوي على محاليل نترات الفضة AgNO3
  • كبريتات النحاس CuSO4
  • وكلوريد الألومنيوم AlCl3) ومرور نفس كمية الكهربية فيها جميعاً
  • وجد أن كتل الفلزات المترسبة تتناسب طردياً مع كتلها المكافئة الجرامية: الكتلة المكافئة للفضة = 108 / 1 = 108 جم
  • للنحاس = 63.5 / 2 = 31.75 جم
  • وللألومنيوم = 27 / 3 = 9 جم
  • فإذا ترسب 108 جم فضة يترسب معه بالتزامن 31.75 جم نحاس و 9 جم ألومنيوم
توصيلخلاياإلكتروليتيةمتصلة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
3) استنتاج ثابت فاراداي (F = 96,500 C)
  • بما أن شحنة الإلكترون الواحد = 1.602 × 10−19 كولوم
  • وعدد أفوجادرو لمول الإلكترونات = 6.022 × 1023 إلكترون
  • فإن شحنة مول كامل من الإلكترونات = (1.602 × 10−19) × (6.022 × 1023) ≈ 96
  • 485 كولوم
  • وتقرب حسابياً إلى 96
  • 500 كولوم
  • وتعرف بـ ‘واحد فاراداي’ (1F)
شحنةالإلكترونالواحدكولوم
ومن هنا صيغ القانون العام للتحليل الكهربييلزم 1F لترسيب كتلة مكافئة جرامية واحدة من أي مادةيلزملترسيبكتلةمكافئة
•شكل توضيحي (شكل 2 – خلية استخلاص الألومنيوم الصناعية من خام البوكسيت): قطاع مجسم في خلية هول-هيرولت لاستخلاص الألومنيوم وأقطاب الكربون وخروج المصهورتوضيحيخليةاستخلاصالألومنيوم
◄ ثالثاًالتطبيقات الصناعية الثلاثة الكبرى للكيمياء التحليلية الكهربيةالتطبيقاتالصناعيةالثلاثةالكبرى
  • تُمثل الكيمياء الكهربية عصب الصناعات التعدينية والمعدنية المتقدمة في ثلاثة تطبيقات رئيسية: 1) الطلاء بالكهرباء (Electroplating): ترسيب طبقة فلزية رقيقة ونقية من فلز نفيس (كالذهب أو الفضة أو الكروم والنيكل) على سطح فلز آخر أرخص ثمناً لحمايته من الصدأ والتآكل وإكسابه مظهراً جمالياً براقاً.
  • ويتم ذلك بتوصيل الجسم المراد طلاؤه (كمعلقة أو إبريق) بـ ‘الكاثود السالب’ بعد تنظيفه بدقة، وتوصيل لوح نقي من فلز الطلاء (لوح الفضة) بـ ‘الأنود الموجب’، وغمرهما في محلول إلكتروليتي يحتوي على أيونات فلز الطلاء (نترات الفضة AgNO3).
  • وعند مرور التيار، يذوب أنود الفضة متأكداً ومعوضاً نقص الأيونات: Ag(s) -> Ag+(aq) + e-، وتترسب الفضة بانتظام على سطح الملعقة عند الكاثود: Ag+(aq) + e- -> Ag(s).
  • 2) استخلاص فلز الألومنيوم كهربياً (Extraction of Aluminum) يستخلص الألومنيوم من خامه الرئيسي ‘البوكسيت’ (Al2O3) بعد إذابته في مصهور ‘الكريوليت’ (Na3AlF6) المحتوي على قليل من ‘الفلورسبار’ (CaF2) لخفض درجة انصهار الخليط من 2045°C إلى حوالي 950°C؛ وحديثاً يستبدل الكريوليت بخليط من فلوريدات الألومنيوم والصوديوم والكالسيوم لخفض الانصهار والكثافة لتسهيل هبوط الألومنيوم المصهور لأسفل وقاع الخلية.
  • وتبطن الخلية بجرافيت يمثل الكاثود، ويسقط فيها أسطوانات كربون تمثل الأنود.
  • وعند التحليل تختزل أيونات Al3+ عند الكاثود لتهبط كألومنيوم مصهور يُسحب دورياً: 2Al3+ + 6e- -> 2Al(l)؛ وتتأكسد أيونات الأكسجين O2− عند أسطوانات الكربون لتتصاعد كغاز أكسجين يتفاعل مع أقطاب الكربون ويأكلها مكوناً غازي CO و CO2، ولذلك يجب استبدال أسطوانات الأنود الكربونية دورياً.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
3) تنقية فلز النحاس كهربياً (Refining of Copper)
  • يحتوي النحاس المستخلص من أفران الصهر على شوائب بنسبة 1% (من الحديد
  • الخارصين
  • الرصاص
  • الذهب
  • والفضة) تجعل نقاوته 99% وتقلل بشدة من كفاءة توصيله الكهربي
يحتويالمستخلصأفرانالصهر
•
  • ولتنقيته إلى 99.95%
  • يوصل لوح النحاس غير النقي بالأنود الموجب
  • وتوصل شريحة رقيقة من النحاس فائق النقاوة بالكاثود السالب
  • في محلول مائي من كبريتات النحاس CuSO4 وحمض الكبريتيك
ولتنقيتهيوصلالنحاسالنقي
وعند مرور التيار
  • تتأكسد ذرات الخارصين والحديد وتذوب في المحلول ولا تترسب عند الكاثود لصعوبة اختزالها
  • بينما تتأكسد ذرات النحاس وتذوب ثم تترسب وحدها عند الكاثود لارتفاع جهد اختزالها
  • أما شوائب الفضة والذهب فتفشل في التأكسد لصغر جهد تأكسدها وتتساقط ككتل صلبة أسفل الأنود وتجمع وتباع لتغطية تكاليف التنقية
تتأكسدذراتالخارصينوالحديد
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•شكل توضيحي (شكل 3 – خلية تنقية النحاس كهربياً وترسيب شوائب الفضة والذهب): مخطط التحليل الكهربي لتنقية النحاس غير النقي بالأنود وترسب النحاس النقي 99.95% بالكاثودتوضيحيخليةتنقيةالنحاس
◄ رابعاًالمقارنة الشاملة بين الخلايا الجلفانية والخلايا الإلكتروليتيةالمقارنةالشاملةالخلاياالجلفانية
تُمثل الأنظمة الكهروكيميائية مسارين متقابلين للطاقة
  • 1) من
  • تحول الطاقة: الخلية الجلفانية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية ذاتياً وتعمل كمولد ومصدر للتيار
  • بينما الخلية الإلكتروليتية تستهلك طاقة كهربية خارجية لتحويلها إلى طاقة كيميائية تفاعلية مخزونة
تحولالطاقةالخليةالجلفانية
2) من حيث تلقائية التفاعل
  • تفاعل الأكسدة والاختزال في الجلفانية تلقائي ذو طاقة حرة سالبة (ΔG < 0) وقوة دافعة كهربية موجبة (Ecell > 0)
  • بينما في الإلكتروليتية تفاعل غير تلقائي إجباري ذو طاقة حرة موجبة (ΔG > 0) وقوة دافعة سالبة (Ecell < 0)
الأكسدةوالاختزالالجلفانيةطاقة
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
3) من حيث شحنة الأقطاب
  • في كلتا الخليتين تحدث ‘الأكسدة دائماً عند الأنود’ وتحدث ‘الاختزال دائماً عند الكاثود’
  • ولكن الأنود في الجلفانية سالب (مصدر الإلكترونات) والكاثود موجب
  • بينما الأنود في الإلكتروليتية موجب (متصل بموجب البطارية) والكاثود سالب (متصل بسالب البطارية)
كلتاالخليتينتحدثالأكسدة
4) من حيث القنطرة الملحية
  • تحتاج الخلية الجلفانية لقنطرة ملحية للربط ومعادلة الشحنات ومنع تراكمها
  • بينما لا تحتاج الخلية الإلكتروليتية لقنطرة ملحية
  • يغمر القطبان معاً في نفس الوعاء الإلكتروليتي المشترك
تحتاجالخليةالجلفانيةللربط
•🧮 التطبيقات والمسائل النموذجية المحلولة بالخطوات (Step-by-Step Worked Examples)التطبيقاتوالمسائلالنموذجيةالمحلولة
مثال نموذجي 1مسألة كهروكيميائية حسابية شاملة لتطبيق قوانين فارادايمسألةكهروكيميائيةحسابيةشاملة
  • نص المسألة / السؤال أمر تيار كهربي شدته 10 أمبير لمدة 965 ثانية في محلول مائي لكلوريد فلز مجهول MCl3، فترسب عند الكاثود 1.8 جم من الفلز المجهول M.
  • احسب 1) كمية الكهربية المارة بالكولوم وبالفاراداي.
  • 2) الكتلة المكافئة الجرامية للفلز.
  • 3) الكتلة الذرية الجرامية لهذا الفلز وتعرف على اسمه الكيميائي.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
خطوات الحل والشرح النموذجي
  • 1) حساب كمية الكهربية Q بالكولوم وبالفاراداي: Q = I × t = 10 A × 965 s = 9
  • 650 C
حسابكميةالكهربيةبالكولوم
•
  • بالفاراداي = 9
  • 650 / 96
  • 500 = 0.1 Faraday (0.1 F)
بالفارادايFaraday
2) حساب الكتلة المكافئة الجرامية للفلز
  • بما أن 1F (96
  • 500 C) يرسب كتلة مكافئة جرامية واحدة: الكتلة المكافئة = (الكتلة المترسبة × 96
  • 500) / Q الكتلة المكافئة = (1.8 × 96
  • 500) / 9
  • 650 = 1.8 × 10 = 18 جم/مكافئ
يرسبواحدةالمترسبة
3) حساب الكتلة الذرية الجرامية للفلز
  • بما أن صيغة الكلوريد MCl3
  • إذن تكافؤ الفلز M ثلاثي (z = 3): الكتلة الذرية = الكتلة المكافئة × التكافؤ = 18 × 3 = 54 جم/مول
صيغةالكلوريدMCl3تكافؤ
•إذن الفلز المجهول ذو الكتلة الذرية القريبة من 54 هو فلز ‘الكروم’ Cr (أو الحديد)الفلزالمجهولالكتلةالذرية
مثال نموذجي 2حساب حجم غاز الأكسجين المتصاعد في خلية التحليل الكهربي للماءحسابالأكسجينالمتصاعدخلية
نص المسألة / السؤال←احسب حجم غاز الأكسجين المتصاعد في الظروف القياسية (STP) عند مرور كمية كهربية مقدارها 0.2 فاراداي أثناء التحليل الكهربي للماء المحمض بحمض الكبريتيك.
  • خطوات الحل والشرح النموذجي 1) معادلة تصعيد غاز الأكسجين عند الأنود: 2O2− -> O2 + 4e- بما أن جزيء الأكسجين O2 ثنائي الذرة وتكافؤ الأكسجين ثنائي، فإن تصعيد مول واحد من غاز الأكسجين O2 يتطلب: 2 × 2 = 4 فاراداي (4F).
  • 2) إذن 4F تصعد 1 مول من غاز O2.
  • عدد مولات الأكسجين الناتجة بمرور 0.2 F = 0.2 / 4 = 0.05 مول من O2.
  • 3) حساب حجم الغاز باللتر في معدل الضغط ودرجة الحرارة (STP) حجم الغاز = عدد المولات × 22.4 لتر حجم الأكسجين المتصاعد = 0.05 × 22.4 = 1.12 لتر.
  • 💡 أسرار وتكات التفوق وملاحظات خبير المادة (Expert Notes & Exam Secrets):
  • ★ فخ عدد مولات الغازات ثنائية الذرة في فاراداي احفظ دائماً أن تصعيد مول واحد من غازات (H2, Cl2) يحتاج 2F؛ بينما تصعيد مول واحد من غاز الأكسجين O2 يحتاج 4F لأن الجزيء يحتوي على ذرتي أكسجين وكل ذرة تكتسب/تفقد إلكترونين.
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
★ تآكل أقطاب الكربون في استخلاص الألومنيومعلل دائماً: يجب تغيير أسطوانات الكربون بالأنود دورياً في خلية استخلاص الألومنيوم لأن غاز الأكسجين المتصاعد يتفاعل معها في درجات الحرارة العالية ويحولها لغازي CO و CO2 مسبباً تآكلها المستمردائماتغييرأسطواناتبالأنود
★ الذهب والفضة في تنقية النحاس
  • شوائب الفضة والذهب والبلاتين لا تذوب في المحلول الإلكتروليتي ولا تترسب عند الكاثود لصغر جهد تأكسدها بالمقارنة بالنحاس
  • فتترسب أسفل الأنود كعجينة غنية تفصل اقتصادياً
شوائبوالذهبوالبلاتينتذوب
•🌍 التطبيقات الحياتية والصناعية والتكنولوجية (Real-World Applications)التطبيقاتالحياتيةوالصناعيةوالتكنولوجية
✔ الإنتاج الصناعي لغاز الكلور والصودا الكاوية بخلية الغشاءالتحليل الكهربي للمحلول الملحي المركز لكلوريد الصوديوم لإنتاج ملايين الأطنان سنوياً من غاز الكلور للتعقيم وهيدروكسيد الصوديوم لصناعة الصابون والورق والحرير الصناعيالتحليلالكهربيللمحلولالملحي
✔ الأنودة السطحية للألومنيوم (Anodizing)←إحداث أكسدة كهربية متحكم فيها لأسطح الألومنيوم لتكوين طبقة ميكروسكوبية مسامية صلبة من أكسيد الألومنيوم تمتص الصبغات الملونة وتمنع الخدش وتستخدم في تشطيب واجهات المباني والأجهزة الذكية.
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 13 / 14
ملخص الدرس

ملخص الدرس

  • ★ الملخص الشامل وخريطة المفاهيم وجداول المقارنة ★
  • 🗺️ الخريطة الذهنية والمفاهيم الجوهرية (Mind Map Outline):
  • ✔ 1. الخلية الإلكتروليتية: غير تلقائية، أنود موجب للأكسدة، وكاثود سالب للاختزال، ومحلول إلكتروليتي.
  • ✔ 2.
  • قوانين فاراداي: الأول (الكتلة طردي مع الشحنة Q = I · t)، الثاني (الكتلة طردي مع الكتلة المكافئة At.wt/z)، والقانون العام (1F = 96,500 C يرسب مكافئاً جرامياً).
  • ✔ 3. حسابات المول والغازات: ترسيب مول فلز يحتاج z·F؛ وتصعيد مول O2 يحتاج 4F؛ ومول H2 و Cl2 يحتاج 2F.
  • ✔ 4.
  • التطبيقات الصناعية: طلاء كهربي لحماية الفلزات بالكاثود، استخلاص الألومنيوم من البوكسيت بهول-هيرولت، وتنقية النحاس إلى 99.95% وفصل الذهب والفضة.
  • 📊 جداول المقارنة والتصنيف والتلخيص الشامل:
  • جدول مصفوفة المقارنة الهندسية الشاملة بين الخلايا الجلفانية والخلايا الإلكتروليتية
وجه المقارنة الخلية الجلفانية (Galvanic Cell) الخلية الإلكتروليتية (Electrolytic Cell)
تحويلات الطاقة تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربية (مصدر تيار) تستهلك طاقة كهربية خارجية لتحويلها إلى كيميائية
تلقائية التفاعل تفاعل أكسدة واختزال تلقائي (Spontaneous: ΔG < 0) تفاعل أكسدة واختزال غير تلقائي (Non-spontaneous: ΔG > 0)
شحنة وطبيعة الأنود قطب سالب (تحدث عنده الأكسدة ومصدر الإلكترونات) قطب موجب (متصل بموجب البطارية وتحدث عنده الأكسدة)
شحنة وطبيعة الكاثود قطب موجب (تحدث عنده الاختزال وتستقبل الإلكترونات) قطب سالب (متصل بسالب البطارية وتحدث عنده الاختزال)
القوة الدافعة EMF موجبة الإشارة دائماً (Ecell > 0) سالبة الإشارة وتتطلب جهداً خارجياً أكبر منها
أمثلة شائعة
  • خلية دانيال
  • الزئبق
  • الوقود
  • الرصاص
  • وأيون الليثيوم
  • خلايا الطلاء الكهربي
  • استخلاص الألومنيوم
  • وتنقية النحاس
وجه المقارنةالفكرة الأساسيةكلمات مفتاحية
•💡 كبسولة المراجعة السريعة وأهم فنيات الامتحانكبسولةالمراجعةالسريعةوأهم
★ كبسولة كيمياء كهربية 1
  • الكتلة المكافئة تساوي دائماً الكتلة الذرية مقسومة على التكافؤ
  • و 1F يرسب مكافئاً واحداً
الكتلةالمكافئةتساويدائما
★ كبسولة كيمياء كهربية 2
  • لتصعيد مول واحد من غاز الأكسجين يلزم دائماً 4 فاراداي (4 × 96
  • 500 كولوم)
لتصعيدواحدالأكسجينيلزم
★ كبسولة كيمياء كهربية 3
  • في الطلاء الكهربي
  • يوصل الجسم المراد طلاؤه دائماً بالكاثود السالب
  • ومعدن الطلاء بالأنود الموجب
الطلاءالكهربييوصلالجسم
الدرس الثالث: قوانين فاراداي والتحليل الكهربي وتطبيقاته الصناعية · 14 / 14