التحولات الطاقية في الأعمدة وتحصيل الطاقة

1- الإنتقال التلقائي للإلكترونات.

1-1- الإنتقال التلقائي للإلكترونات بين أنواع كيميائية مختلطة.

أ- مناولة :

نعتبر مجموعة مكونة في الحالة البدئية من مزدوجتين مختزل/مؤكسد .

و

بحيث

يحدث التفاعل التالي :

ب- إستتمار :

تابتة التوازن لهذا التفاعل هي :

تتطور المجموعة في المنحى المباشر

- لاتوجد الإلكترونات في المحلول فإنتقالها يحدث مباشرتا بين صفيحة الحديد وأيونات Cu²⁺

2-1- الإنتقال التلقائي للإلكترونات بين أنواع كيميائية منفصلة.

أ- مناولة :

ننجز التجربة أسفله والمكونة من :

- صفيحتين فلزيتين Cu و Fe مغمورتين على التوالي في محلولين للكاتيونين المرافقين و .

- قنطرة أيونية تصل المحلولين .

- تنتقل الأيونات السالبة : عكس منحى التيار.

ب- إستتمار :

يمر التيار الكهربائي على شكل : إلكترونات في الصفيحتين وأسلاك الربط والأمبيرمتر؛ وعلى شكل أيونات في المحلولين .

- تنتقل الأيونات الموجبة : في منحى التيار.

و

و

و

عند صفيحة الحديد يتأكسد الحديد حسب نصف المعادلة :

عند صفيحة النحاس تختزل الأيونات حسب نصف المعادلة :

ومنه المعادلة الحصيلة هي :

وهي نفس المعادلة السابقة (فقرة 1-1-)

يمكن أن يحدث إنتقال تلقائي للإلكترونات بين الأنواع الكيميائية لمزدوجتين مختزل/مؤكسد في حالة مختلطة (فقرة 1-1-) أو منفصلة (فقرة 2-1-)

3-1- خلاصة.

2- تكوين وإشتغال عمود.

1-2- تكوين عمود.

- صفيحتين فلزيتين M₁ وM₂ (إلكترودين) كل صفيحة تكون مغمورة في محلول للكاتيون المرافق و ؛ محلولين إلكتروليتيين.

– قنطرة أيونية تصل المحلولين .

يتكون عمود عموما من :

2-2- إشتغال عمود.

لايشتغل العمود إلا عند ربط قطبيه (الموجب والسالب) عن طريق موصل أومي أو مصباح أو محرك ...

يُمَثَّلُ هذا العمود بالتبيانة الإصطلاحية :

- القطب السالب يسمى الآنود هو الإلكترود الذي تحدث على مستواه الأكسدة .

- القطب الموجب يسمى الكاتود هو الإلكترود الذي يحدث على مستواه الإختزال .

3-2- مميزات عمود.

يتميز العمود مثل كل مولد ب :

- قطبين موجب P وسالب N

- قوة كهرمحركة E بالفولط (V) .

- مقاومة داخلية r (Ω) .

ونذكر أن التوتر بين مربطي العمود يكتب كمايلي : U_PN = E – r.I

أ- تحديد قطبية عمود وشدة التيار (الأمبيرمتر) :

ب- تحديد قطبية عمود والقوة الكهرمحركة E (الفولطمتر) :

نركب على التوالي أمبيرمتر؛ إذا كانت شدة التيارI موجبة ، فإن الصفيحة المتصلة بالمربط A للأمبيرمترهي القطب الموجب P للعمود أما الصفيحة المتصلة بالمربط com للأمبيرمتر فتكون القطب السالبN للعمود ، والعكس صحيح .

عندما يكون التيار I = 0 فإن التوتر U_PN بين قطبي العمود يساوي E (U_PN = E) ؛ إذاكان الفولطمتر يشير إلى قيمة موجبة فإن الصفيحة المتصلة بالمربط V للفولطمتر هي القطب الموجب P للعمود ، أما الصفيحة المرتبطة بالمربط com للفولطمتر فتكون القطب السالب N للعمود ، والعكس صحيح .

4-2- التطور التلقائي لمجموعة مكونة لعمود .

نعتبر نفس العمود السابق تكتب معادلة إشتغاله :

خارج التفاعل في الحالة البدئية هو :

نلاحظ أن :

تتطور المجموعة في المنحى المباشر .

ويستمر هذا التطور حتى وصول المجموعة إلى حالة التوازن حيث : Q_r,éq= K و I = 0 نقول في هذه الحالة أنه تم إستهلاك العمود .

إذن في نصف العمود Cu²⁺/Cu :

وفي نصف العمود Fe²⁺/Fe :

إذن تنتقل الإلكترونات خارج العمود من إلكترود الحديد نحو إلكترود النحاس فنستنتج بذالك منحى التيار I

3- الدراسة الكمية لعمود.

1-3- كمية الكهرباء الممررة من طرف عمودQ .

أثناء إشتغاله يمرر العمود الذي يولد تيارا كهربائيا شدته I تابتة خلال مدة Δt ، كمية الكهرباء هي :

تساوي كمية الكهرباء Q كذالك القيمة المطلقة لشحنة الإلكترونات المنطلقة :

نضع :

F = 9,65.10⁴ C.mol^-1

: تابتة فرادي

ومنه :

2-3- كمية المادة المتدخلة وكمية الكهرباء .

مثال :

نعطي التبيانة الإصطلاحية للعمود : نحاس- فضة :

يولد المولد خلال مدة Δt = 0,75min تيار شدته تابثة I = 86mA . ونعطي F = 9,65.10⁴Cmol^-1 .

1- أحسب كمية الكهرباء المتدخلة خلال هذه المدة .

2- أحسب تغير كمية مادة الأيونات Cu²⁺ وتغيركمية مادة الأيونات Ag⁺ خلال نفس المدة .

الحل :

1 -

2 -

نحتاج إلى إنشاء جدول التقدم :

على مستوى إلكترود النحاس تحدث الأكسدة حسب نصف المعادلة التالية :

حسب نصف المعادلة كمية مادة أيونات Cu²⁺ المتكونة هي :

وحسب جدول التقدم كمية مادة أيونات Cu²⁺ المتكونة هي :

ومنه :

ومن العلاقات السابقة :

وحسب جدول التقدم تغير كمية المادة لكل من Cu²⁺ و Ag⁺ هما :

إختفاء Ag⁺

تكون Cu²⁺

3-3- الأعمدة الإعتيادية (صفحة122) .

تمرين7صفحة127

تمرين8صفحة128