كيمياء كهربية
من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
الكيمياء الكهربية Electrochemistry أحد فروع الكيمياء التي تدرس التفاعلات التي تحدث عند سطوح النواقل الكهربائية (مثل الإلكترودات المؤلفة من المعادن) أو نصف ناقل (مثل الغرافيت) أو النواقل الشاردية مثل المحاليل الشاردية (إلكتروليت) .
إذا استطاع تفاعل كيميائي أن يتم بفضل جهد كهربائي voltage , أو استطاع التفاعل أن يولد جهدا كهربائيا كما في حالة البطاريات , عندها ندعو مثل هذا التفاعل الكتروكيميائي , و بشكل عام تتعامل الكهرباء الكهربائية مع وضعيات تحدث فيها تفاعلات أكسدة و إرجاع بشكل منفصل تفصل بينهما مسافة معينة يتم خلالها انتقال للالكترونات مما يتيح فرصة لتشكل جهد كهربائي و تيار كهربائي. أما انتقال الشحنة المباشر من جزيئة إلى اخرى فلا يدخل في نطاق اهتمامات الكيمياء الكهربائية .
فهرست |
[تحرير] المباديء
[تحرير] تفاعلات الأكسدة-إرجاع
مقالة رئيسية:تفاعلات الأكجعة
العمليات الكهروكيميائية هي عبارة عن تفاعلات أكسدة-إرجاع تنتج فيها الطاقة بتفاعل تلقائي يقوم بإنتاج الكهرباء , أو ان تيار كهربائيا يقوم بتحريض حصول تفاعل كيميائي . في تفاعلات الأكسدة-إرجاع تتغير حالة الأكسدة لذرات التفاعل , بحيث يحدث انتقال إلكتروني electron transfer .
[تحرير] الأكسدة و الإرجاع
العناصر التي تدخل في التفاعلات الكهروكيميائية تتميز بعدد الإلكترونات التي يملكها كل عنصر . حيث ندعو عدد الإلكترونات التي قام للأيون باستقبالها أو منحها مقارنة مع حالته الطبيعية بحالة الأكسدة oxidation state . أي عنصر في حالته الطبيعية يتميز بعدد أكسدة معدوم (0). إذا قاكت ذرة أو شاردة (أيون) بمنح إلكترون أثناء تفاعل كهروكيماوي فإن حالة الأكسدة لها تزداد , أما إذا استقبل إلكترونا فإن حالة الأكسدة تنقص .
مثلا : اتحاد الصوديوم مع الكلور , يقوم الصوديوم بمنج إلكترون واحد و يصبح حالة الأكسدة له (+1). أما الكلور فيقوم بقبول إلكترون و تصبح حالة الأكسدة له (−1). إشارة حالة الأكسدة (+/-) تشير إلى الشحنة الإلكترونية للشاردة المتشكلة . يحدث الآن انجذاب بين الشارديتين (الصوديوم و الكلور) المشحونتين بشكل متعاكس مما يؤدي لتشكل رابطة شاردية .
في الحقيقة , أي عملية فقدان للإلكترونات تدعى أكسدة و أي عملية اكتساب للإلكتروانت تدعى إرجاع. "الأكسدة فقدان , و الإرجاع اكتساب".
المادة التي تملك إمكانية فقدان إلكترونات (تمنح ألكترونات) توفر فرصة لإرجاع مواد أخرى فتدعى (عامل مرجع) (بكسر الجيم) reducing agent أو مرجع reductant , أما المادة التي تملك إمكانية إكتساب الإلكترونات فتدعى عامل مؤكسد oxidizing agent أو مؤكسد oxidant . لذلك فإن العامل المؤكسد يتم إرجاعه في التفاعل لتتم أكسدة المادة الخرى , و العامل المرجع تتم أكسدته ليتم إرجاع المادة الأخرى . في الحقيقة أي تفاعل أكسدة-إرجاع يحوي عامل مؤكسد و عامل مرجع .
أصل كلمة "أكسدة" أتى من أكسجين أي اكتساب الأكسجين (و في الحقيقة الاتحاد مع الأكسجين يشمل فقدان الكترونين له ) , ثم تم تمديده لخسارة الهيدرجين , ثم تم اعتباره خسارة الكترونات أي زيادة عدد الأكسدة . و ينطبق عكس هذا الكلام على عملية الإرجاع .
[تحرير] موازنة معادلات الأكسدة-إرجاع
مقالة رئيسية:معادلة كيميائية
التفاعلات الكهروكيميائية في الماء يتم فهمها بشكل أفضل عن طريق موازنة تفاعلات الأكسدة-إرجاع باستخدام طريقة أيون-إلكترون حيث توضع البروتونات و شوارد الهيدركسيد و جزيئات الماء و الإلكترونات في كل التفاعلات النصفية للخلايا التي تصف عمليتي الأكسدة و الإرجاع .
