1. الفصل السابع : الكيمياء الكهربائية الدرس الثاني : البطاريات
الفصل السابع : الكيمياء الكهربائية الدرس الثاني : البطاريات

2. الفكرة الرئيسة :
البطاريات خلايا جلفانية تستعمل التفاعلات التلقائية لإنتاج الطاقة لأغراض متعددة .

3. الخلايا الجافة .
البطارية: عبارة عن خلية جلفانية أو أكثر في عبوة واحدة تنتج التيار الكهربائي .
خلية الخارصين والكربون الجافة :
س/ صفي تركيب خلية الكربون الجافة ؟

4. س/ مما تتركب الخلايا الجلفانية ؟

5. هي خلية جلفانية تتكون من :
1- عجينة رطبة تتكون من (خليط من الكلوريد الخارصين وأكسيد المنجنيز وكلوريد الامنيوم وكمية قليلة من الماء داخل حافظة الخارصين ) والخارصين هو الانود حيث يحدث له تأكسد بحسب المعادلة آلاتية
⁻Zn → Zn⁺² + 2e
2-عمود من الكربون أو الجرافيت في مركز الخلية الجافة ويعمل عمل الكاثود ويتم تفاعل الاختزال لنصف الخلية على النحو آلاتي :
2e⁻ → Mn₂O + 2NH₃ + H₂ NH₄⁺+ 2MnO₂ +
س . عللي يسمى عمود الكربون في هذا النوع من الخلايا الجافة الكاثود غير الفعال ؟
لأنة يتكون من مادة لا تسهم في تفاعل الأكسدة والاختزال
3- فواصل :
يوجد في خلية الخارصين والكربون الجافة فوصل رقيقة مصنوعة من مادة مسامية تحتوي على عجينة رطبة تفصلها عن أنود الخارصين ,وتعمل عمل القنطرة الملحية للسماح بتحرك الإلكترون

6. البطاريات القلوية
س: مما تتركب الخلايا القلوية ؟

7. س: عللي تعتبر البطاريات القلوية أكثر كفاءة من خلية الكربون ؟
لأنه يوجد الخارصين في الخلية القلوية على هيئة مسحوق مما يوفر مساحة سطح اكبر للتفاعل .
س: من المادة التي تختزل ومن المادة التي تتأكسد في البطاريات القلوية ؟
يتأكسد الخارصين في الخلية القلوية ويقوم مقام الانود ويمكن تمثيل تفاعل الانود لنصف الخلية على نحو الآتي :
ZnO + H₂O +2e⁻ →Zn+2OH
يختزل مخلوط ثاني أكسيد المنجنيز وهيدروكسيد البوتاسيوم ويقوم مقام الكاثود ويمكن تمثيله على النحو الأتي :
MnO₂ + 2H₂O + 2e⁻ → Mn(OH)₂ + 2OH⁻
- لا تحتاج البطاريات القلوية إلى عمود الكربون بوصفه كاثودا , لذا يمكن تصنيعها بأحجام صغيرة , ولها استعمالات متعددة في الأجهزة الصغيرة .
اال

8. بطاريات الفضة خصائصها : - اصغر حجما .
- تستعمل في تزويد الأجهزة بالطاقة .
استخداماتها :
- سماعات الأذن
-الساعات
-آلات التصوير

9. الانود والكاثود في بطارية الفضة
تستعمل بطاريات الفضة تفاعل (أنود) نصف خلية البطاريات القلوية ( الخارصين وهيدروكسيد البوتاسيوم )
Zn + 2OH⁻ → ZnO + H₂O + 2e⁻
تفاعل (الكاثود) لنصف الخلية الآتي : ( أكسيد الفضة )
Ag₂O † H₂O + 2e⁻ → 2Ag + 2OH⁻

10. البطارية الأولية والثانوية :
تقسم بطاريات إلى نوعين اعتمادا على عملياتها الكيميائية :
س/ قارني بين البطارية الأولية و الثانوية ؟
- البطاريات الأولية:هي التي تنتج طاقة كهربائية من تفاعل الأكسدة والاختزال الذي لا يحدث بشكل عكسي بسهولة وتصبح البطارية غير صالحة للاستعمال بعد انتهاء التفاعل .
وتصنف خلايا الخارصين والكربون والقلوية والفضة على أنها بطاريات أولية .
البطاريات الثانوية:هي التي تعتمد على تفاعل الأكسدة والاختزال العكسي لذا فانه يمكن شحنها .
مثل بطارية الحاسوب والسيارة .

11. - الانود والكاثود في البطاريات الأولية والثانوية :
- يصنع الانود والكاثود من أشرطة دقيقة طويلة من مواد مفصولة بطبقة يمكن للايونات ان تمر من خلالها , وتلف الأشرطة في لفائف ضيقة وتعبا داخل علبة فولاذية . ويتمثل تفاعل الانود الذي يحدث عند استعمال البطارية لتوليد تيار كهربائي في أكسدة الكادميوم في وسط قاعدي : Cd + 2OH⁻ → Cd(OH)₂ + 2e⁻ أما تفاعل الكاثود فهو اختزال النيكل من حالة تأكسده +3 إلى +2 NiO(OH) + H₂O + e⁻ → Ni(OH)₂ + OH⁻

12. * بطاريات تخزين المركم الرصاصي الحمضية :
- هذا النوع شائع الاستخدام في السيارات , وتتكون معظم بطاريات السيارات من 6 خلايا تولد كل منها 2v ليصبح ناتجها الكلي 12 v .
- الانود والكاثود في البطاريات الحمضية :
الانود : يتكون من شبكتين مساميتان أو أكثر من الرصاص .
وتمثل المعادلات آلاتية تفاعل الأكسدة لنصف الخلية عند الانود , حيث يتأكسد الرصاص من حالة تأكسد 0.0 إلى +2 في PbSO4
Pb + SO₄⁻² → PbSO₄ + 2e⁻
الكاثود : يتكون من شبكة واحدة من الرصاص المملوءة بأكسيد الرصاص IV
ويختزل الرصاص من حالة تأكسده +4 إلى +4 عند الكاثود , ويمثل تفاعل الاحتراق لنصف الخلية عند الكاثود كما يلي :
PbO₂ + 4H⁺ + SO₄⁻²+ 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O

13. س/ ماذا يحدث عند إعادة شحن البطارية ؟ يصبح التفاعل في هذه الحالة عكسيا , لينتج الرصاص وأكسيد الرصاص IV وحمض الكبريتيك . - مميزاتها : اختيارا جيدا للسيارات , عللي ؟ لأنها 1- تزود المحرك بطاقة ابتدائية عالية جدا 2- لها زمن حفظ طويل قبل البيع 3- يعتمد عليها عند انخفاض درجات الحرارة .

14. بطاريات الليثيوم
س/ لماذا استخدم الليثيوم تحديدا ؟ لأنه 1- اخف فلز معروف 2- اقل جهد اختزالي قياسي بالنسبة إلى العناصر الفلزية الأخرى . - مميزاته : 1- ذات وزن خفيف . 2- تخزن كميات كبيرة من الطاقة بالنسبة لحجمها . 3- جهد عالي . 4- تستمر فترة أطول . - استخداماتها : 1- في الساعات . 2- الحواسيب . 3- آلات التصوير .

15. خلايا الوقود :
س/ عللي تختلف خلايا الوقود عن البطاريات الأخرى ؟ لأنها تزود بالوقود باستمرار من مصدر خارجي .

16. كيف تعمل خلايا الوقود ؟ س مما يتكون الانود ؟
المحلول الموصل في خلية الوقود محلول قلوي من هيدروكسيد البوتاسيوم , وكل قطب عبارة عن وعاء أجوف جدرانه من كربون مسامي تسمح بالاتصال بين الحجرة الداخلية والمحلول الموصل المحيط بها .
س:من المادة إلي تتأكسد عند الانود ومن المادة التي تختزل عند الكاثود ؟
يتأكسد الهيدروجين ويكتب نصف تفاعل الأكسدة للخلية على الانود على النحو التالي
O₂ + 2H₂O → 4H₂O + 4e⁻
ويختزل الالكترونات الأكسجين عند وجود الماء ويكتب نصف تفاعل الاختزال على النحو الآتي :
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
وعند جمع معادلتي نصفي التفاعل تكون المعادلة الكلية هي نفس معادلة احتراق الهيدروجين في الأكسجين .
2H₂ + O₂→ 2H₂O

17. 2- تستعمل خلايا الوقود صفيحة بلاستيكية تسمى غشاء تبادل البروتون .
استخداماتها :
تستخدم بعض الخلايا وقودا للهيدروجين فمثلا :
1- يستخدم الهيدروجين بالميثان في بعض الخلايا إلا انه قد يودي إلى إنتاج ثاني أكسيد الكربون كغاز الدفيئة
2- تستعمل خلايا الوقود صفيحة بلاستيكية تسمى غشاء تبادل البروتون .
3- في السفن الفضائية .

18. التآكل
هو خسارة الفلز الناتج عن تفاعل أكسدة واختزال بين الفلز والمواد التي في البيئة.
تأكل الحديد المعروف بالصدأ .
كان الصدأ يحدث عند توافر كل من الماء والأكسجين
س/ من هو الانود وماذا يحدث عند ومن هو الانود وماذا يحدث عنده ؟
قطعة الحديد التي تركت معرضة للهواء والرطوبة تكون أكثر عرضة للصدأ , حيث يصدا الجزء المتصل بالتربة الرطبة أولا ويصبح هذا الجزء أنود الخلية , حيث تبدأ ذرات الحديد في فقدان الالكترونات . Fe → Fe ²⁺ + 2e
يقع الكاثود عادة على حافة فطرة الماء , حيث يتم الاتصال بين الماء والهواء وقطعة الحديد , فيختزل الالكترونات الأكسجين من الهواء كما في المعادلة الآتية :
O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O

19. - منع التآكل
س/عللي عملية الصدأ بطيئة ؟ لان قطرات الماء تحتوي على كمية قليلة من الايونات لذا فهي محاليل موصلة غير جيدة . س/ ماهي طرق منع التآكل ؟ 1- عمل غطاء من الطلاء لعزل الماء والهواء , نظرا لان الطلاء يلتف مع الزمن كالجسر . 2- توصيل كتل من الفلز مثل الماغنيسيوم أو الالومنيوم أو التيتانيوم بالهيكل الفولاذي , فتتأكسد هذه الكتل أسهل من الحديد وتصبح الانود في خلية التآكل , في حين يبقى حديد الهيكل دون تأكل أو أكسدة . 3- عن طريق الجلفنة . إذ يتم تغليف الحديد بفلز أكثر مقاومة للتأكسد وكمثال يتم تغليف الحديد بطبقة من الخارصين , إما عن طريق غمس القطعة الحديدية بمصهور الخارصين وإما بطلاء الجسم بالخارصين كهربائيا .

20. وما توفيقي إلا بالله عمل الطالبة : مها الخالدي
وما توفيقي إلا بالله عمل الطالبة : مها الخالدي