الخلايا الإلكتروليتية

التعريف والتركيب

• الخلية الإلكتروليتية: خلية كهربية تستخدم فيها طاقة كهربية من مصدر خارجي لإحداث تفاعل أكسدة واختزال غير تلقائي الحدوث.
• عبارة عن إناء يحتوي على محلول إلكتروليتي (محلول أحد الأملاح أو القواعد أو الأحماض، أو مصهور أحد الأملاح).
• يغمر فيه قطبان من مادة واحدة (مثل الكربون أو البلاتين) أو من مادتين مختلفتين (مثل الكربون والنحاس والخارصين).
• الأنود (المصعد): القطب الموصل بالقطب الموجب للبطارية، وتحدث عنده الأكسدة.
• الكاثود (المهبط): القطب الموصل بالقطب السالب للبطارية، وتحدث عنده الاختزال.

نوعا الإلكتروليتات

• 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).

كيف تعمل؟

• 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).

مثال: التحليل الكهربي لمحلول كلوريد النحاس II

• 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 = \[\begin{gathered}-1.36 + 0.34 =\;\color{#15803d}{\mathbf{-1.02 V}}\end{gathered}\].
• 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

• التحليل الكهربي: التحلل الكيميائي للمحلول الإلكتروليتي بفعل مرور التيار الكهربي فيه (مثل تصاعد الكلور وترسيب النحاس).

مقارنة بين الخلية الجلفانية والخلية الإلكتروليتية

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)