مراجعات الثانوية العامة كيميا ... الخلايا الثانوية ( المركم الرصاصي ) بطارية الرصاص الحامضية - خلية أيون اللثيوم
البطاريات الثانوية
الخلايا الثانوية - المركم الرصاصي ( بطارية الرصاص الحامضية ) - خلية أيون اللثيوملينك
للمزيد |
الخلايا الجلفانية أنواع من الخلايا الكهروكيميائية تولِّد فرق جهد من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي. ويمكن تصنيفها إلى نوعين؛ الخلايا الجلفانية الأوَّلية والخلايا الجلفانية الثانوية. في هذا الشارح، سنركِّز على الخلايا الجلفانية الثانوية.
تعريف: الخلية الجلفانية الثانوية
الخلية الجلفانية الثانوية نوعٌ من الخلايا الكهروكيميائية يمكن أن يعمل باعتباره خلية جلفانية أو خلية إلكتروليتية.
وعلى عكس الخلايا الأوَّلية الأحادية الاستخدام، يمكن إعادة شحن الخلايا الثانوية. وهذا يعني أن هذه الخلية يمكن أن تعمل باعتبارها خليةً جلفانيةً خلال التفريغ، وخليةً إلكتروليتيةً عند إعادة شحنها. من الأمثلة الشائعة على ذلك بطاريةُ السيارة التي يمكن أن تعمل باعتبارها خلية جلفانية عند استخدامها لإدارة محرِّك التشغيل، وخلية إلكتروليتية عند إعادة شحنها عن طريق مولِّد السيارة.
تعريف: التفريغ
التفريغ هو العملية التي تحدث عند استخدام الخلية الجلفانية لتشغيل جهاز خارجي؛ لأنها تولِّد إلكترونات من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال.
وهذا الاستخدام الثنائي للخلية هو الأساس الذي تقوم عليه البطاريات القابلة لإعادة الشحن، التي تتطلَّب تمرير تيار مستمر خارجي في الخلية لكي تحدث إعادة الشحن. يُمرَّر التيار المستمر في الاتجاه المعاكس لسريان التيار المار خلال عملية التفريغ. ونتيجةً لذلك، يسير تفاعل الأكسدة والاختزال للمواد الكيميائية في الخلية في الاتجاه المعاكس؛ الأمر الذي يُعيد إنتاج المواد الكيميائية المستخدَمة في التفاعل الابتدائي.
تعريف: إعادة الشحن
إعادة الشحن هي العملية التي تحدث عند تمرير تيار خارجي لعكس التفريغ وتحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة كيميائية.
سنعزِّز الآن فهمنا للخلايا الثانوية من خلال دراسة مثالين: بطارية الرصاص الحمضية، وبطارية أيون الليثيوم.
من الممكن أن توجد بطارية مِركَم الرصاص الحمضية أسفل معظم أغطية محرِّكات السيارات، وتُستخدَم لتشغيل الأضواء ونظام الاشتعال. وتُستخدَم أيضًا مصدرَ طاقةٍ احتياطيًّا في حالات الطوارئ حالَ حدوث قصور في عمل المحرِّك. وعادةً ما يُشار إلى بطارية مِركَم الرصاص الحمضية باسم «بطارية السيارة»، وتتكوَّن عادةً من ست خلايا يبلغ جهدُ كلٍّ منها +2.05 V، ومتصلة على التوالي لتكوين بطارية يبلغ جهد الخلية الكلي لها 12 V تقريبًا.
أجرى العديد من شركات صناعة السيارات تعديلات على تصميم بطاريات السيارات للوصول إلى الأداء الأمثل لها؛ مع ذلك، فجميع بطاريات السيارات لها التركيب نفسه في الأساس. وعادةً ما يُصنَع المصعد والمهبط من ألواح معدنية من الرصاص. تُصنَع هذه الألواح على هيئة تركيب شبكي، وهذا يسمح إما للرصاص الإسفنجي في حالة المصعد وإما لثاني أكسيد الرصاص الرباعي في حالة المهبط، بملء الشبكات.
تعريف: الرصاص الإسفنجي
هو شكل من أشكال فلز الرصاص المقسَّم إلى حبيبات دقيقة والمضغوط، يُستخدَم في صناعة أقطاب بعض الخلايا الثانوية.
وعادةً ما تُوضَع فواصل لوحية لمنع تلامس المصعد مع المهبط. يتكوَّن الإلكتروليت في هذه الخلية من حمض الكبريتيك المخفَّف، HSO24. لدينا ست خلايا إجمالًا، وجميعها مغلَّف بالمطاط والبلاستيك أو بأحدهما، مثل البولي ستايرين؛ لعزل البطارية عن باقي السيارة. فيما يلي مخطَّط لشكل بطارية الرصاص الحمضية النموذجية.
يمكننا فهم كيمياء الخلايا الكهروكيميائية من خلال دراسة المعادلات النصفية التي تحدث عند كل قطب. توجد أنواع مختلفة من المعادلات النصفية، لكن تنتج عنها جميعًا المعادلة النهائية نفسها لبطارية الرصاص الحمضية خلال تفريغها.
عند المصعد، تحدث الأكسدة خلال التفريغ:
Pb()+HSO()PbSO()+2H()+2esaqsaq244+−
بجهد قطب قياسي مقداره +0.36 V.
وعند المهبط، يُختَزَل ثاني أكسيد الرصاص الرباعي خلال التفريغ:
PbO()+HSO()+2H()+2ePbSO()+2HO()224+−42saqaqsl
بجهد قطب قياسي مقداره +1.69 V.
وإذا دمجنا هاتين المعادلتين النصفيتين، فسنحصل على المعادلة الكلية لخلية بطارية الرصاص الحمضية عندما تعمل باعتبارها خليةً جلفانيةً، وهي:
Pb()+PbO()+2HSO()2PbSO()+2HO()ssaqsl22442
يمكننا حساب جهد الخلية القياسي بالطريقة الآتية:
????=????+????=+1.69+0.36=
تعريف: الخلية الجلفانية الثانوية
الخلية الجلفانية الثانوية نوعٌ من الخلايا الكهروكيميائية يمكن أن يعمل باعتباره خلية جلفانية أو خلية إلكتروليتية.
وعلى عكس الخلايا الأوَّلية الأحادية الاستخدام، يمكن إعادة شحن الخلايا الثانوية. وهذا يعني أن هذه الخلية يمكن أن تعمل باعتبارها خليةً جلفانيةً خلال التفريغ، وخليةً إلكتروليتيةً عند إعادة شحنها. من الأمثلة الشائعة على ذلك بطاريةُ السيارة التي يمكن أن تعمل باعتبارها خلية جلفانية عند استخدامها لإدارة محرِّك التشغيل، وخلية إلكتروليتية عند إعادة شحنها عن طريق مولِّد السيارة.
تعريف: التفريغ
التفريغ هو العملية التي تحدث عند استخدام الخلية الجلفانية لتشغيل جهاز خارجي؛ لأنها تولِّد إلكترونات من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال.
وهذا الاستخدام الثنائي للخلية هو الأساس الذي تقوم عليه البطاريات القابلة لإعادة الشحن، التي تتطلَّب تمرير تيار مستمر خارجي في الخلية لكي تحدث إعادة الشحن. يُمرَّر التيار المستمر في الاتجاه المعاكس لسريان التيار المار خلال عملية التفريغ. ونتيجةً لذلك، يسير تفاعل الأكسدة والاختزال للمواد الكيميائية في الخلية في الاتجاه المعاكس؛ الأمر الذي يُعيد إنتاج المواد الكيميائية المستخدَمة في التفاعل الابتدائي.
تعريف: إعادة الشحن
إعادة الشحن هي العملية التي تحدث عند تمرير تيار خارجي لعكس التفريغ وتحويل الطاقة الكهربية إلى طاقة كيميائية.
سنعزِّز الآن فهمنا للخلايا الثانوية من خلال دراسة مثالين: بطارية الرصاص الحمضية، وبطارية أيون الليثيوم.
من الممكن أن توجد بطارية مِركَم الرصاص الحمضية أسفل معظم أغطية محرِّكات السيارات، وتُستخدَم لتشغيل الأضواء ونظام الاشتعال. وتُستخدَم أيضًا مصدرَ طاقةٍ احتياطيًّا في حالات الطوارئ حالَ حدوث قصور في عمل المحرِّك. وعادةً ما يُشار إلى بطارية مِركَم الرصاص الحمضية باسم «بطارية السيارة»، وتتكوَّن عادةً من ست خلايا يبلغ جهدُ كلٍّ منها +2.05 V، ومتصلة على التوالي لتكوين بطارية يبلغ جهد الخلية الكلي لها 12 V تقريبًا.
أجرى العديد من شركات صناعة السيارات تعديلات على تصميم بطاريات السيارات للوصول إلى الأداء الأمثل لها؛ مع ذلك، فجميع بطاريات السيارات لها التركيب نفسه في الأساس. وعادةً ما يُصنَع المصعد والمهبط من ألواح معدنية من الرصاص. تُصنَع هذه الألواح على هيئة تركيب شبكي، وهذا يسمح إما للرصاص الإسفنجي في حالة المصعد وإما لثاني أكسيد الرصاص الرباعي في حالة المهبط، بملء الشبكات.
تعريف: الرصاص الإسفنجي
هو شكل من أشكال فلز الرصاص المقسَّم إلى حبيبات دقيقة والمضغوط، يُستخدَم في صناعة أقطاب بعض الخلايا الثانوية.
وعادةً ما تُوضَع فواصل لوحية لمنع تلامس المصعد مع المهبط. يتكوَّن الإلكتروليت في هذه الخلية من حمض الكبريتيك المخفَّف، HSO24. لدينا ست خلايا إجمالًا، وجميعها مغلَّف بالمطاط والبلاستيك أو بأحدهما، مثل البولي ستايرين؛ لعزل البطارية عن باقي السيارة. فيما يلي مخطَّط لشكل بطارية الرصاص الحمضية النموذجية.
يمكننا فهم كيمياء الخلايا الكهروكيميائية من خلال دراسة المعادلات النصفية التي تحدث عند كل قطب. توجد أنواع مختلفة من المعادلات النصفية، لكن تنتج عنها جميعًا المعادلة النهائية نفسها لبطارية الرصاص الحمضية خلال تفريغها.
عند المصعد، تحدث الأكسدة خلال التفريغ:
Pb()+HSO()PbSO()+2H()+2esaqsaq244+−
بجهد قطب قياسي مقداره +0.36 V.
وعند المهبط، يُختَزَل ثاني أكسيد الرصاص الرباعي خلال التفريغ:
PbO()+HSO()+2H()+2ePbSO()+2HO()224+−42saqaqsl
بجهد قطب قياسي مقداره +1.69 V.
وإذا دمجنا هاتين المعادلتين النصفيتين، فسنحصل على المعادلة الكلية لخلية بطارية الرصاص الحمضية عندما تعمل باعتبارها خليةً جلفانيةً، وهي:
Pb()+PbO()+2HSO()2PbSO()+2HO()ssaqsl22442
يمكننا حساب جهد الخلية القياسي بالطريقة الآتية:
????=????+????=+1.69+0.36=
