الخلية الجلفانية الفولطية

الخلية الجلفانية الفولطية هي مختبر كيمياء كهربائية تفاعلي ثلاثي الأبعاد حيث يقوم الطلاب بتجميع أنصاف خلايا أكسدة واختزال تلقائية وقياس جهد الخلية. يحمل كأسان زجاجيان أقطاباً معدنية مغمورة في محاليل أيوناتها المائية، ويوصل بينهما جسر ملحي على شكل حرف U متوهج من KNO3 ودائرة سلكية خارجية مع فولتميتر رقمي. يمكن للطلاب تحديد أو النقر فوق الأقطاب الكهربائية للتبديل بين المغنيسيوم، والخارصين، والحديد، والنحاس، والفضة، وضبط تركيز الكهارل، أو سحب قطب كهربائي خارج المحلول لقطع الدائرة. تعرض الرسوم المتحركة الحية الإلكترونات المتوهجة وهي تتدفق من الأنود إلى الكاثود بينما تهاجر كاتيونات K+ وأنيونات NO3- عبر الجسر الملحي للحفاظ على التعادل الكهربائي.

• ابدأ بخلية دانيال الكلاسيكية (اليسار = Zn، اليمين = Cu عند 1.0 M) وتأكد من أن الفولتميتر يقرأ +1.10 V مع تدفق الإلكترونات من Zn إلى Cu.
• قم بتبديل القطب الأيسر إلى المغنيسيوم (Mg) والقطب الأيمن إلى الفضة (Ag) لتحقيق أقصى جهد خلية معياري يبلغ +3.17 V.
• حدد نفس المعدن (مثل Cu و Cu) لكلا نصفي الخلية وأكد أن جهد الخلية ينخفض إلى 0.00 V مع عدم وجود تدفق صافٍ للإلكترونات.
• اسحب أي صفيحة قطب معدني لأعلى خارج محلول الكهارل وراقِب الفولتميتر ينخفض فوراً إلى 0.00 V (دائرة مفتوحة).
• راقب أيونات K+ البنفسجية و NO3- الخضراء داخل الجسر الملحي تعكس اتجاهها عندما تضع Cu على اليسار و Zn على اليمين.

1. 1احسب جهد الخلية المعياري E°cell = E°(cathode) - E°(anode) من جهود الاختزال المعيارية.
2. 2حدد الأنود كموقع للأكسدة (جهد E° أكثر سالبية) والكاثود كموقع للاختزال (جهد E° أكثر موجبية).
3. 3اشرح سبب انتقال الإلكترونات عبر السلك الخارجي من الأنود إلى الكاثود بينما تهاجر كاتيونات الجسر الملحي نحو كأس الكاثود.
4. 4صف ما يحدث لجهد الخلية عندما تكون الأقطاب الكهربائية متطابقة أو عندما يفقد قطب كهربائي الاتصال بالكهارل.

أسئلة يطرحها المعلمون