الفرق الرئيسي - الخلية الكهروكيميائية مقابل الخلية الالكتروليتية

تشمل الكيمياء الكهربائية دراسة حركة الإلكترونات في الأنظمة التي تحدث فيها العمليات الكيميائية. هنا ، يمكن استخدام التفاعلات الكيميائية لتوليد تيار كهربائي أو يمكن استخدام تيار كهربائي لتسهيل حدوث تفاعل كيميائي غير تلقائي. في كلا الاتجاهين ، سيحدث تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية أو عكس ذلك. تُعرف الأنظمة التي تحدث فيها هذه التحويلات بالخلايا أو بشكل أدق بالخلايا الكهروكيميائية. هناك نوعان من الخلايا الكهروكيميائية المعروفة باسم الخلايا الفولتية والخلايا الكهربية. الفرق الرئيسي بين الخلية الكهروكيميائية وخلية التحليل الكهربائي هو أن لا تحتاج الخلية الكهروكيميائية إلى أي تيار خارجي للتشغيل بينما تحتاج الخلايا الإلكتروليتية إلى تيار خارجي لتعمل.

المجالات الرئيسية التي تمت تغطيتها

1. ما هي الخلية الكهروكيميائية - التعريف ، الخصائص ، كيف يعمل 2. ما هي خلية التحليل الكهربائي - التعريف ، الخصائص ، كيف يعمل 3. ما هو الفرق بين الخلية الكهروكيميائية وخلية التحليل الكهربائي - مقارنة الاختلافات الرئيسية

المصطلحات الأساسية: الأنود ، الكاثود ، الخلية الكهروكيميائية ، التحليل الكهربائي ، الخلية الكهربية ، الخلية الجلفانية ، الأكسدة ، الاختزال ، الخلية الفولتية

ما هي الخلية الكهروكيميائية

الخلية الكهروكيميائية هي نظام يمكنه إنتاج طاقة كهربائية من خلال تفاعلات كيميائية عفوية. التفاعلات الكيميائية التي تدخل في هذه العملية تسمى تفاعلات الأكسدة والاختزال. تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال من خلال نقل الإلكترونات بين الأنواع الكيميائية. يتضمن تفاعل الأكسدة والاختزال اثنين من التفاعلات النصفية: تفاعل الأكسدة ورد فعل الاختزال. يقوم تفاعل الأكسدة دائمًا بإطلاق الإلكترونات إلى النظام بينما يأخذ تفاعل الاختزال الإلكترونات من النظام. لذلك ، تحدث نصف ردود الفعل في وقت واحد.

توجد الخلايا الكهروكيميائية في نوعين ، الخلايا الفولتية (الجلفانية) والخلايا الكهربية. تتكون الخلية الكهروكيميائية من خليتين نصفيتين. تحدث التفاعلات النصفية في خليتين نصفيتين. التفاعلات الكيميائية التي تحدث في تلك الخلية تسبب تراكم فرق جهد بين خليتين نصفيتين.

يجب أن تتكون نصف الخلية من قطب كهربائي وإلكتروليت. لذلك ، تتكون الخلية الكهروكيميائية الكاملة من قطبين كهربائيين واثنين من الإلكتروليتات ؛ في بعض الأحيان ، قد تستخدم النصفان من الخلايا نفس المنحل بالكهرباء. إذا كان هناك نوعان من الإلكتروليتات المختلفة المستخدمة ، فيجب استخدام جسر الملح للحفاظ على الاتصال بين الإلكتروليتات. يتم ذلك عن طريق عمل ممر لنقل الأيونات عبر جسر الملح. تتدفق الإلكترونات من نصف خلية إلى أخرى عبر دائرة خارجية. يُطلق على القطبين الكبدين اسم الأنود والكاثود.

تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال في قطبين بشكل منفصل. يحدث تفاعل الأكسدة في الأنود بينما يحدث تفاعل الاختزال في القطب السالب. لذلك ، يتم إنتاج الإلكترونات في الأنود وتتحرك من القطب الموجب إلى القطب السالب عبر الدائرة الخارجية. يساعد جسر الملح في الحفاظ على النظام محايدًا (كهربائيًا) عن طريق نقل الأيونات خلاله من أجل موازنة الشحنات الكهربائية.

دعونا ننظر في الخلية الكهروكيميائية التالية.

الشكل 1: الخلية الكهروكيميائية

هنا ، الأنود هو قطب الزنك (الزنك) والكاثود هو القطب النحاس (النحاس). يحدث تفاعل الأكسدة في قطب الزنك. هناك ، يتأكسد الزنك المعدني إلى Zn⁺² الأيونات. يتم تمرير الإلكترونات المحررة عبر السلك الخارجي. أنتجت Zn⁺² يتم إطلاق الأيونات في المحلول. لذلك ، سوف يذوب Zn قطب كهربائي مع مرور الوقت. يحدث تفاعل الاختزال بالقرب من الكاثود. الكاثود هو قطب كهربائي من النحاس. هناك ، يتم أخذ الإلكترونات القادمة من الدائرة الخارجية بواسطة Cu²⁺ يتم اختزال الأيونات في المحلول إلى معدن النحاس. لذلك ، ستزداد كتلة القطب الكهربي Cu بمرور الوقت. يمكن قياس تدفق الإلكترون عبر السلك الخارجي على أنه التيار الكهربائي الناتج عن تفاعل الأكسدة والاختزال. هذا هو الهيكل النموذجي للخلية الكهروكيميائية.

تفاعلات

Zn_(س) → زد⁺²_{(عبد القدير)} + 2 هـ

النحاس⁺²_{(عبد القدير)} + 2e → نحاس_(س)

ما هي خلية التحليل الكهربائي

الخلية الإلكتروليتية هي نوع من الخلايا الكهروكيميائية حيث يمكن استخدام الطاقة الكهربائية لإحداث تفاعل كيميائي. بمعنى آخر ، يجب توفير الطاقة الكهربائية من مصدر خارجي. ثم يمكن أن يبدأ رد فعل غير تلقائي. تستخدم الخلايا الإلكتروليتية بشكل شائع في التحليل الكهربائي للمركبات.

تتكون الخلية الإلكتروليتية أيضًا من معادن صلبة كأقطاب كهربائية. هناك قطبان متصلان بدائرة خارجية. يعمل أحد الأقطاب كقطب موجب بينما يعمل القطب الآخر كقطب كاثود. سيحدث تفاعل الأكسدة في الأنود وسيحدث تفاعل الاختزال في القطب السالب.

يوفر مصدر الطاقة الكهربائية الخارجي (من البطارية المتصلة بالقطبين) تدفق الإلكترون عبر الكاثود. ثم تدخل هذه الإلكترونات في المحلول الإلكتروليتي. بعد ذلك ، تتجمع الكاتيونات الموجودة في المحلول حول الكاثود وتحصل على الإلكترونات التي تأتي عبر الكاثود. لذلك ، يتم تقليل هذه الكاتيونات عند الكاثود. تنفر الإلكترونات الموجودة في الكاثود الأنيونات في المحلول. تهاجر هذه الأنيونات نحو الأنود. هناك ، تطلق هذه الأنيونات إلكترونات وتتأكسد. لذلك ، الأنود له شحنة موجبة والكاثود له شحنة سالبة.

دعونا نتأمل المثال التالي.

الشكل 2: التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد النحاس

في الخلية الإلكتروليتية أعلاه ، توفر البطارية إلكترونات للكاثود والنحاس⁺² تتجمع الأيونات حول الكاثود لأخذ الإلكترونات من الكاثود. ثم النحاس⁺² يتم تقليل الأيونات إلى معدن النحاس وترسب على الكاثود. ثم Cl^– تهاجر الأيونات نحو الأنود وتطلق الإلكترون الزائد لديها. هناك أكسدة Cl^– يحدث تشكيل Cl_{2 (ز)}.

تفاعلات

2 سل^–_{(عبد القدير)} → Cl_{2 (ز)} + 2 هـ

النحاس⁺²_{(عبد القدير)} + 2e → نحاس_(س)

الفرق بين الخلية الكهروكيميائية وخلية التحليل الكهربائي

تعريف

الخلية الكهروكيميائية: الخلية الكهروكيميائية هي نظام يمكنه إنتاج طاقة كهربائية من خلال تفاعلات كيميائية عفوية.

خلية التحليل الكهربائي: الخلية الإلكتروليتية هي نوع من الخلايا الكهروكيميائية حيث يمكن استخدام الطاقة الكهربائية لإنشاء تفاعل كيميائي.

تحويل الطاقة

الخلية الكهروكيميائية: في الخلية الكهروكيميائية ، يتم تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.

خلية التحليل الكهربائي: في الخلية الإلكتروليتية ، يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.

التيار الخارجي

الخلية الكهروكيميائية: لا تحتاج الخلايا الكهروكيميائية إلى مصادر طاقة كهربائية خارجية.

خلية التحليل الكهربائي: تحتاج الخلايا الإلكتروليتية إلى مصادر طاقة كهربائية خارجية.

التفاعلات الكيميائية

الخلية الكهروكيميائية: تحدث تفاعلات كيميائية عفوية في الخلايا الكهروكيميائية.

خلية التحليل الكهربائي: تحدث تفاعلات كيميائية غير تلقائية في الخلايا الإلكتروليتية.

أقطاب كهربائية

الخلية الكهروكيميائية: في الخلية الكهروكيميائية ، يكون القطب الموجب سالبًا والكاثود موجبًا.

خلية التحليل الكهربائي: في خلية التحليل الكهربائي ، يكون القطب الموجب موجبًا والكاثود سالبًا.

حركة الإلكترون

الخلية الكهروكيميائية: يتم تمرير الإلكترونات من القطب الموجب إلى القطب السالب في الخلايا الكهروكيميائية.

خلية التحليل الكهربائي: يتم تمرير الإلكترونات من البطارية إلى القطب السالب ثم تدخل الإلكترونات في القطب الموجب من خلال المحلول الإلكتروليتي في الخلايا الإلكتروليتية.

استنتاج

الخلية الإلكتروليتية هي نوع من الخلايا الكهروكيميائية. لذلك ، تتكون الخلية الإلكتروليتية من جميع المكونات الموجودة في الخلية الكهروكيميائية النموذجية. تتضمن كل من الخلايا الكهروكيميائية والخلايا الإلكتروليتية دوران الإلكترونات عبر النظام. ومع ذلك ، في الخلايا الكهروكيميائية ، تحدث تفاعلات كيميائية عفوية بينما تحدث تفاعلات كيميائية غير عفوية في الخلايا الإلكتروليتية. هذا هو الفرق بين الخلية الكهروكيميائية وخلية التحليل الكهربائي.

مراجع:

1. " الخلية الكهروكيميائية." ويكيبيديا. مؤسسة ويكيميديا ​​، 24 يوليو 2017. الويب. متاح هنا. 26 يوليو 2017. 2. "الخلايا الإلكتروليتية." الكيمياء LibreTexts. Libretexts ، 21 يوليو 2016. الويب. متاح هنا. 26 يوليو 2017.

الصورة مجاملة:

1. "خلية كهروكيميائية" بواسطة Siyavula Education (CC BY 2.0) عبر Flickr