1. التطبيقات العملية للخلايا الجلفانية:
ـ على الرغم من أن الخلية الجلفانية المكونة من قطبي نحاس وخارصين كما شاهدت في الدرس السابق تعطي تيارا كهربائيا مناسبا من التفاعلات الكيميائية، إلا أنه يصعب استخدامها في الحياة العملية.

2. فما أنواع هذه البطاريات؟ وكيف تعمل؟
ـ إن ما نستخدمه في حياتنا اليومية من أعمدة جافة وبطاريات ما هو إلا خلايا جلفانية.
قارن بينها وبين خلية النحاس ـ خارصين، من حيث سهولة استخدامها وحجمها وأشكالها.
فما أنواع هذه البطاريات؟ وكيف تعمل؟

3. * تعرف أنواع البطاريات في الشكل:

4. # يمكن تقسيم البطاريات إلى ثلاثة أقسام:
1ـ بطاريات غير قابلة للشحن.
2ـ بطاريات قابلة للشحن.
3ـ خلايا الوقود.

5. البطاريات غير القابلة للشحن:
* هذه البطاريات ينتهي عملها بانتهاء التفاعلات فيها ومن أمثلتها:
البطاريات الجافة: Dry cell
ـ سميت بالبطاريات الجافة لخلوها تقريبا من السوائل ومنها:
العمود الجاف وبطارية المنجنيز القلوية.

6. (أ) العمود الجاف (بطارية الخارصين ـ كربون):
* تستخدم كثيرا في المصابيح اليدوية، وأجهزة الراديو والمسجلات، وألعاب الأطفال وغيرها.
* ادرس مكونات تركيب العمود الجاف من الشكل التالي، ووضح التفاعلات التي تحدث فيه.

7. * العمود الجاف:

8. (جهد الاختزال = -0.76 فولت) * عند الكاثود: * عند الآنود:
Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-
(جهد الاختزال = فولت)
* عند الكاثود:
2MnO2(S) + 2NH+4(aq) + 2e Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)
(جهد الاختزال = فولت)

9. * يلاحظ من التفاعلات أن قطب الكربون يعمل فقط كموصل للالكترونات ولا يشترك في التفاعل و E.M.F لهذه البطارية = 1.5 فولت.

10. (ب) بطارية المنجنيز القلوية:
# هي خلية جافة يكون فيها:
*الآنود : من الخارصين المثقب لزيادة سطح التفاعل.
* الكاثود: من ثاني أكسيد المنجنيز.
* الالكتروليت: هيدروكسيد البوتاسيوم.
* E.M.F = 1.5 فولت.

11. بطارية المنجنيز القلوية:

12. * مميزاتها:
ـ تعطي تيارا أقوى من العمود الجاف وتحافظ على قوتها المحركة الكهربائية لفترة أطول.

13. * توجد أنواع أخرى من البطاريات الجافة غير القابلة للشحن تتميز بصغر حجمها واستخداماتها الواسعة ، اقرأ الجدول التالي الذي يبين بعضا من هذه البطاريات وبعض صفاتها.

15. 2ـ البطاريات القابلة للشحن:
* على الرغم من أن البطاريات الجافة السابقة لها مميزاتها واستخداماتها الواسعة، إلا أنها تصبح عديمة الفائدة بعد استهلاك المواد المتفاعلة فيها.
# فهل هناك طريقة للاستفادة من المواد المتفاعلة مدة أطول؟

16. * لقد طور العلماء أنواعا من الخلايا الجلفانية يمكن شحنها وإعادة استخدامها. مثل بطارية السيارة، وبطارية النيكل ـ كادميوم. * ولكن كيف يمكن إعادة استخدامها بعد أن تم استهلاك المواد المتفاعلة فيها؟
* الفكرة هنا تكمن في إمكانية استعادة المواد المتفاعلة بواسطة تيار كهربائي معاكس ، فكيف يتم ذلك؟

17. المركم الرصاصي (بطارية السيارة):

18. # مم تتكون بطارية السيارة؟
* تتكون بطارية السيارة من 6 مراكم رصاصية (خلايا جلفانية) متصلة ببعضها البعض على التوالي.
# استخداماتها:
ـ بدء تشغيل السيارة.
ـ إضاءة المصابيح.

19. # مم يتركب المركم الرصاصي؟
* يتركب من وعاء من الأبونيت أو البلاستيك. بداخله مجموعتان من الألواح الرصاصية المثقبة على شكل شبكة تملأ إحدى هذه المجموعات بالرصاص الاسفنجي، وهي تمثل الآنود، أما المجموعة الأخرى التي تمثل الكاثود، فتملأ بعجينه من ثاني أكسيد الرصاص PbO2 .

20. * توضع ألواح المجموعتين بشكل متبادل، وتفصل بينهما صفائح عازلة.
* توضع ألواح المجموعتين بشكل متبادل، وتفصل بينهما صفائح عازلة.
* تغمر المجموعتان في حمض كبريتيك كثافته جم/ سم3 تقريبا، والذي يعمل كإلكتروليت.

21. # التفاعلات التي تحدث في المركم عند تفريغه للحصول على التيار الكهربائي:
* عند الآنود: Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4(s)
* عند الكاثود:
PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e PbSO4(s)
+ 2H2O

22. (جهد الاختزال = فولت) والقوة المحركة الكهربائية التي نحصل عليها من هذين التفاعلين تساوي 2 فولت تقريبا.
ما مجموع القوة المحركة الكهربائية لبطارية السيارة ؟

23. # نتيجة التفاعلات :
* تتغطى ألواح الرصاص وألواح ثاني أكسيد الرصاص بطبقة من كبريتات الرصاص (II). ويقل تركيز الحمض، وتضعف القوة المحركة الكهربائية للبطارية.

24. # كيف يتم إعادة بطارية السيارة لحالتها الأولى؟
* لإعادة بطارية السيارة (مركم الرصاص) لحالتها الأولى يتم شحنها بتيار كهربائي من مصدر خارجي، ويقوم المولد الكهربائي (الدينامو) في السيارة بهذا العمل بشكل منتظم يؤدي إلى انعكاس التفاعلات السابقة، وتحول كبريتات الرصاص (II) عند الآنود إلى رصاص وعند الكاثود إلى أكسيد رصاصIV (PbO2)

25. ويزداد تركيز الحمض ليصل إلى تركيزه السابق قبل التفريغ، كما يمكن إعادة الشحن من بطارية سيارة أخرى بتوصيل القطب الموجب بالموجب والقطب السالب بالسالب.
ماذا يحدث لبطارية السيارة إذا تركت مصابيح السيارة مضاءة لفترة طويلة بعد توقف المحرك؟

26. * يصبح الآنود كاثودا عند عملية الشحن، وهكذا بالنسبة للكاثود.
# ملاحظة :
* يصبح الآنود كاثودا عند عملية الشحن، وهكذا
بالنسبة للكاثود.

27. # خلايا الوقود: Fuel cell
* تفاعلات الاحتراق :
هي تفاعلات أكسدة واختزال، وعند احتراق الهيدروجين في جو من الأكسجين تنتج طاقة حرارية:
وقد استطاع العلماء توظيف هذه التفاعلات في الحصول على التيار الكهربائي منها وذلك بعد فصل تفاعل الأكسدة عن تفاعل الاختزال فيما يعر ف بخلايا الوقود.
2H2 + O H2O +

28. # الشريحة التالية تبين أحد أنواع هذه الخلايا التي يستخدم فيها الأكسجين والهيدروجين .

29. * تختلف هذه الخلية عن الخلايا الجلفانية في أن أقطابها تتكون من مادة لا تدخل في التفاعل،مثل الجرافيت المسامي المحتوي على النيكل، أما الإلكتروليت فهو محلول مركز من هيدروكسيد البوتاسيوم.
* كيف تعمل هذه البطارية ؟

30. 2H2(g) + 4OH-(aq) 4H2O(l) + 4e-
* يدفع تيار من الهيدروجين إلى الآنود، وتيار من الأكسجين إلى الكاثود، حيث تحدث التفاعلات التالية:
* عند الآنود:
2H2(g) + 4OH-(aq) H2O(l) + 4e-
(جهد الاختزال = فولت)
* عند الكاثود:
O2(g) + 2H2O + 4e OH-
(جهد الاختزال = +0.4 فولت)

31. * وبجمع المعادلتين نحصل على المعادلة النهائية: 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)
* القوة المحركة الكهربائية للخلية تساوي 1.23 فولت.
لاحظ نواتج التفاعل النهائية،هل هذا النوع من الخلايا يسبب تلوثا للبيئة؟

32. # مميزات خلايا الوقود:
1ـ ارتفاع مردوده من الطاقة والذي يصل إلى 70% من الطاقة المختزنة في الوقود في صورة طاقة كهربائية، بينما عند الاحتراق لا نحصل على أكثر من 40% من الطاقة المختزنة في الوقود في صورة طاقة حرارية.

33. 2ـ تسيير بعض السيارات في بعض الدول .
3ـ تستخدم في سفن الفضاء لتزويدها بالطاقة الكهربائية.
4ـ يستفاد من الماء الناتج عنها في تزويد رجال الفضاء بالماء الصالح للشرب.

34. النهاية