مكونات الخلية الجلفانية

الخلية الجلفانية هي نوع من أنواع الخلايا الكهروكيميائية التي يتم استخدامها لتوليد التيار الكهربائي عن طريق نقل الإلكترونات من خلال تفاعلات التأكسد والاختزال، وتعتبر الخلية الجلفانية فكرة مثالية حول كيفية توليد الطاقة باستخدام تفاعلات بسيطة بين بعض العناصر المعينة، حيث تعمل الخلية الجلفانية كجهاز تحدث فيه تفاعلات الأكسدة والاختزال المتزامنة وتستخدم هذه التفاعلات لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية، والتي يمكن استخدامها لأغراض متعددة ويستعرض المقال الآتي مكونات الخلية الجلفانية وطريقة عملها.[١]
مكونات الخلية الجلفانية
الخلية الجلفانية هي خلية كهروكيميائية تستخدم تفاعلات التأكسد والاختزال التلقائية لتوليد الكهرباء وهي تتألف من نصفي خلية، بحيث يحتوي نصف الخلية الواحد على قطب كهربائي يتكون من المعدن ويغمس داخل محلول يحتوي على أيونات المعدن نفسه، ويرتبط نصفي الخلية معًا بسلك يربط القطبين ببعضهما البعض، كما يتصل الجسر الملحي أيضًا بالخلايا النصفية ويعمل على الربط بينهما، وفيما يأتي وظائف مكونات الخلية الجلفانية: [٢]
نصفي الخلية: يحدث نصف تفاعل التأكسد في أحد أنصاف الخلية، بينما يحدث نصف تفاعل الاختزال في نصف الخلية الآخر، لذلك يمكن القول أنه في كل نصف خلية يحدث نصف تفاعل وعندما يرتبط النصفان بواسطة السلك والجسر الملحي تكتمل مكونات الخلية الجلفانية.
الأقطاب الكهربائية: يتكون القطب الكهربائي من قضيب من المعدن يكون مسؤولًا عن حدوث التفاعل في الخلية الجلفانية، وتحدث أكسدة المعادن واختزالها حول الأقطاب الكهربائية ويكون هناك قطبان في الخلية الجلفانية واحد في كل خلية بحيث يسمى القطب الذي يحصل عنده اختزال الإلكترونات بالمهبط أما القطب الذي يحصل عنده تأكسد الإلكترونات فيسمى بالمصعد.
السلك المعدني : تتدفق الإلكترونات عبر السلك المعدني دائمًا من المصعد إلى المهبط أو من نصف خلية التأكسد إلى نصف خلية الاختزال وتتدفق الإلكترونات كذلك من تفاعل النصف الأكثر سلبية إلى تفاعل النصف الأكثر إيجابية.
الجسر الملحي: يعد جسر الملح مكونًا أساسيًا من مكونات الخلية الجلفانية، وهو عبارة عن أنبوب مملوء بمحلول ملحي مثل KNO3 أو KCL ويكون الغرض من جسر الملح الحفاظ على التعادل الكهربائي في المحلول والسماح بتدفق الأيونات بحرية من خلية إلى أخرى، وبدون جسر الملح سوف تتراكم الشحنات الموجبة والسالبة حول الأقطاب الكهربائية مما يتسبب في توقف التفاعل.
البطاريات الجافة
في معظم المصابيح الكهربائية ولعب الأطفال وأجهزة التحكم عن بعد للتلفزيونات يتم استخدام البطاريات الأولية أو الجافة، وتكون تفاعلات الخلايا في البطاريات الأولية في اتجاه واحد فقط، فأثناء استخدامها يتم تحويل المواد المتفاعلة إلى مواد ناتجة، وعندما يتم استهلاك جميع المواد المتفاعلة تكون البطارية قد ماتت، وتستخدم البطاريات الجافة تصميمًا يسمى خلية الجافة بحيث يتكون جسم البطارية من الزنك والذي يعمل كمصعد بينما يمثل قضيب الكربون في وسط الخلية المهبط ويكون محاطًا بمعجون رطب من مسحوق الجرافيت “الكربون” بالاضافة الى ثاني أكسيد المنغنيز MnO2 وكلوريد الأمونيوم NH4Cl، ويجري تفاعل المصعد في البطارية الجافة عن طريق أكسدة أسطوانة الزنك إلى أيونات الزنك بينما رد فعل المهبط يكون عبارة عن اختزال ثاني أكسيد المنغنيز، ويجري تفاعل التأكسد والاختزال في البطارية الجافة وفق المعادلة الآتية: −Zn + 2MnO2 + H2O → Zn+2 + Mn2O3 + 2OH.[٣]