مدخل: الكيمياء الكهربية وتفاعلات الأكسدة والاختزال

• الطاقة الكهربية أهم صور الطاقة وأكثرها صداقة للبيئة.
• الكيمياء الكهربية تدرس التحول المتبادل بين الطاقة الكيميائية والطاقة الكهربية من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال، وهي تفاعلات تنتقل فيها الإلكترونات من إحدى المواد المتفاعلة إلى الأخرى.

تجربة الخارصين في محلول كبريتات النحاس

• تغمس صفيحة من الخارصين في محلول كبريتات النحاس II الأزرق.
• يلاحظ ترسب فلز النحاس على سطح صفيحة الخارصين بينما يبدأ الخارصين في الذوبان في المحلول.
• باستمرار التجربة وقتًا طويلًا يقل اللون الأزرق للمحلول وربما أصبح عديم اللون، ويزداد ذوبان الخارصين.

نصفا التفاعل

• تفاعل أكسدة: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
  • تفقد كل ذرة خارصين إلكترونين وتتحول إلى أيون خارصين يترك السطح ويذوب في المحلول.
• تفاعل اختزال: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
  • يكتسب كل أيون نحاس إلكترونين قادمين من نصف تفاعل الخارصين ويترسب فلز النحاس.
• التفاعل الكلي: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

فكرة الخلية الكهربية

• نجح العلماء في ترتيب نظام يسمى الخلية الجلفانية تفصل فيه مكونات نصفي التفاعل مع اتصالهما بقنطرة ملحية، وتمر الإلكترونات في سلك بين النصفين.
• بذلك يمكن الحصول على تيار كهربي من تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي.
• يوجد نوع آخر هو الخلايا الإلكتروليتية (خلايا التحليل الكهربي): تستخدم فيها طاقة كهربية من مصدر خارجي (بطارية) لإحداث تفاعلات أكسدة واختزال غير تلقائية.