الخلايا الجلفانية؛ وأهم المعلومات التي تخصها، وما هو مبدأ عملها؟
الخلايا الجلفانية؛ تتطور التكنولوجيا المتعلقة بالخلايا الجلفانية باستمرار، حيث يعمل الباحثون والمهندسون على تحسين كفاءة هذه الأجهزة وتطويرها لتلبية الاحتياجات المستقبلية، ومن المتوقع أن تلعب الخلايا الجلفانية دورًا أساسيًا في الانتقال إلى مستقبل يعتمد على الطاقة المتجددة والمستدامة. في هذه المقالة من موقع الأفضل، سوف نتعرف على ما هي الخلايا الجلفانية؟ وأهم المعلومات التي تخصها، وما هو مبدأ عملها؟
قائمة المحتويات
التعريف بالخلايا الجلفانية
يمكن تعريف الخلايا الجلفانية بأنها الخلايا الكهروكيميائية التي تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية لتفاعلات الأكسدة والاختزال إلى طاقة كهربائية، وتعرف الخلايا الجلفانية أيضاً بالخلايا الفولتية.
تُعد الخلية الجلفانية من الأجهزة الهامة في مجال توليد الطاقة الكهربائية، فهي تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءاً من البطاريات القابلة للشحن ووصولاً إلى الأنظمة الكهروكيميائية الضخمة المستخدمة في محطات توليد الطاقة.
تعتبر الخلايـا الجلفانية مصدراً مستداماً ونظيفاً للطاقة الكهربائية؛ فهي تعتمد على التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين المواد الكيميائية ولا تنتج أي انبعاثات ضارة للبيئة. بالإضافة لذلك، فإن الخلايا الجلفانية قابلة لإعادة الشحن واستخدامها مراراً وتكراراً، مما يجعلها خياراً مثالياً للاستخدام الطويل الأمد.
“قد يفيدك: فوائد عصير البرتقال“
مبدأ عمل الخلايا الجلفانية
تتكون الخلايـا الجلفانية بشكل عام من قطبين أحدهما يحتوي على عنصر يقوم بعملية التأكسد والآخر يحتوي على عنصر يقوم بعملية الاختزال، ويطلق عليهما المصعد والمهبط حيث سيتم توضيح هذه المفاهيم لاحقاً، ويكون كل قطب كهربائي موضوع في محلول إلكترولايتي، ويربط بين هذين القطبين أداة تكون على جسر جسر تربط المحلولين ببعضهما وهذا الجسر يحتوي على أحد الأملاح الإلكترولايتية.
بعد ذلك يتم ربط الخلية الجلفانية بمقياس للجهد الكهربائي (أو ما يعرف بالفولتميتر) ومفتاح خارجي وبعض الأسلاك، وبالتالي فإن أي خلية جلفانية يجب أن تحتوي على المكونات والأدوات الآتية:
- المصعد: وهو عبارة عن قطب تحدث عليه عملية التأكسد أي يفقد العنصر الذي يتكون منه القطب إلكتروناً، ويقال في هذه الحالة أن المصعد حدثت عليه نصف معادلة التأكسد، ويعرف المصعد أيضاً بالأنود.
- المهبط: وهو عبارة عن قطب تحدث عليه عملية الاختزال، أي يكسب العنصر الذي يتكون منه القطب إلكتروناً، ويقال في هذه الحالة أن المهبط حدثت عليه نصف معادلة الاختزال، ويعرف المهبط أيضاً بالكاثود.
- الجسر: وهو عبارة عن أداة على شكل جسر تربط المصعد والمهبط مع بعضهما ففي بعض الأحيان يكون المصعد في محلول إلكترولايتي لوحده، والمهبط في محلول إلكترولايتي لوحده فيعمل الجسر كأداة وصل بين المصعد والمهبط وفي حال كان المصعد والمهبط في نفس المحلول فلا داعي لوجود الجسر، ويجب أن يحتوي الجسر على ملح إلكترولايتي (أي ملح يتكون من أيونات موجبة وسالبة).
- الفولتميتر: هو أداة لقياس فرق الجهد الكهربائي حيث إن انتقال الإلكترونات من المصعد إلى المهبط يؤدي إلى فرق في الجهد الكهربائي، بالإضافة إلى الأدوات الأخرى التي لا تكتمل أي دارة إلا بوجودها مثل الأسلاك والقاطع.
“قد يهمك: الإمام أبو بكر البيهقي“
كيفية اختيار المصعد والمهبط في الخلايا الجلفانية
لا يكون اختيار العناصر التي يتكون منها المصعد والمهبط بشكل عشوائي بل يعتمد اختيار المصعد والمهبط في الخلايا الجلفانية على قابلية المواد لفقد الإلكترونات أو اكتسابها فلا يمكن اختيار المصعد والمهبط من مادتين لديهما نفس القابلية لفقد الإلكترونات، ولا يمكن اختيار المصعد والمهبط من مادتين لديهما نفس القابلية لكسب الإلكترونات.
بل يجب أن يكون المصعد مادة قابلة لفقد الإلكترونات، والمهبط مادة قابلة لكسب الإلكترونات، بحيث تفقد إحدى الأقطاب إلكتروناً ويكسبه القطب الآخر، وبطريقة علمية يمكن معرفة مدى قابلية المواد لفقد أو كسب الإلكترونات بالرجوع إلى جهد الاختزال لكل مادة، حيث ترتيب جهود الاختزال للعديد من العناصر داخل جدول وبالتالي فإنه عند اختيار المصعد والمهبط فإنه يتم الرجوع إلى هذا الجدول لمعرفة العناصر المناسبة للخلايا الجلفانية.
“تعرف على: المواد المستخدمة في طلاء النيكل“
استخدامات الخلية الجلفانية
الخلايـا الجلفانية لها استخدامات متنوعة ومثيرة، وفيما يلي بعض الاستخدامات الرئيسية لهذه التقنية بشكل مختصر:
- البطاريات القابلة للشحن.
- توليد الطاقة الكهربائية للأجهزة المحمولة.
- تشغيل أجهزة الاستشعار والأجهزة الطبية المحمولة.
- توفير الطاقة في المركبات الكهربائية.
- توليد الطاقة الكهربائية في الأجهزة الإلكترونية المنزلية.
- تحلية المياه وتنقيتها.
- توليد الطاقة الكهربائية في المباني الذكية وأنظمة الطاقة المستدامة.
- تطبيقات الطاقة الشمسية والرياح في تخزين الطاقة.
- توليد الطاقة الكهربائية في الأجهزة الصغيرة والألعاب الإلكترونية.
- استخدامها في البحوث العلمية والتجارب الكيميائية.
في هذه المقالة تعرفنا بشكل موجز على أهم المعلومات التي تخص الخلايا الجلفانية، وذلك من حيث التعريف بها، مع ذكر 4 مكونات أساسية في أي خلية جلفانية، وكيفية اختيار المصعد والمهبط بالخلايا الجلفانية، وتعرفنا على الاستخدامات لها.
