الأنود في الخلية الكهروكيميائية: القطب الذي يحدث فيه التفاعل
- يعتبر القطب من العناصر الأساسية في الخلية الكهروكيميائية، حيث يتلامس مع الإلكتروليت. يعرف هذا القطب بأنه المعدن الذي يمر فيه تيار الكهرباء.
- يمكن اعتباره سطحًا مناسبًا للتفاعل بين المحلول الإلكتروليتي والفلز من خلال عمليات الأكسدة والاختزال.
- يمثل هذا القطب موصلًا شبه ناقل يتولى نقل الشحنات داخل الخلية. في عملية الأكسدة، يفقد القطب إلكترونات ويمر عبر الإلكتروليت.
- من ناحية أخرى، خلال عملية الاختزال، يكتسب القطب إلكترونات من الإلكتروليت. يختلف نوع التفاعل بناءً على نوع الخلية الكهروكيميائية وطبيعة التحليل الكهربائي والكيميائي المحدث في القطب.
تعريف الأنود
- في علم الكيمياء الكهربية، يُعرّف الأنود كنقطة تحدث فيها عملية الأكسدة؛ إذ تقوم الأيونات السالبة بإخراج إلكترونات والتفاعل مع الإلكتروليت، مما يؤدي إلى حركة تلك الإلكترونات ضمن الدائرة.
- يُعتبر الأنود عبارة عن لوحة تحتوي على شحنات موجبة زائدة، ويختلف وجوده وفقًا لنوع الخلية الكهروكيميائية المعنية.
تعريف الكاثود
- على النقيض من الأنود، يُعتبر الكاثود القطب أو النقطة التي تحدث فيها عملية الاختزال وتكون لها شحنات سالبة؛ حيث توفر الطاقة الكهربائية اللازمة لتحليل المركبات الكيميائية.
- يتسم هذا الكاثود بسخونة عند حدوث انبعاث حراري وإصدار الإلكترونات في الخيوط، بينما يكون باردًا إذا كانت الإلكترونات الواصلة أكثر مما تُنتج عن الانبعاث الحراري.
الاختلاف بين الأنود والكاثود
- يحدث الأكسدة عند الأنود حيث يفقد الإلكترونات، بينما يحدث الاختزال عند الكاثود حيث يكتسب الإلكترونات.
- يُعتبر الأنود قطبًا موجبًا يتدفق إليه التيار الكهربائي، بينما يُعتبر الكاثود قطبًا سالبًا تتدفق منه الكهرباء. هذا ينطبق على معظم الخلايا الكهروكيميائية، حيث يُعتبر الأنود متبرعًا بالإلكترونات والكاثود مستقبلًا لها.
- قد تتفاوت الشحنات لكل منهما أحيانًا وفق نوع الخلايا المستخدمة.
- في خلية التحليل الكهربائي، يكون الأنود موجبًا يجذب الإلكترونات السالبة، بينما الكاثود سالب يجذب الإلكترونات الموجبة.
- أما في الخلايا الجلفانية، يكون الأنود سالبًا يجذب الإلكترونات الإيجابية، والكاثود موجبًا يجذب الإلكترونات السالبة.
أين تحدث عملية الأكسدة؟
- تحدث عملية الأكسدة عند الأنود في خلية التحليل الكهربائي.
- في المقابل، تحدث عملية الاختزال عند الكاثود في خلية التحليل الكهربائي.
- في الخلية الجلفانية (أو الفولتية)، يتحول الأنود إلى كاثود والعكس صحيح.
- من الخطأ الاعتقاد بأن تدفق الإلكترونات يحدث فقط عند الكاثود وأن الأكسدة تحدث حصريًا عند الأنود، حيث تختلف الشحنات والوظائف مع تنوع أنواع الخلايا.
أنواع الأنود
- أنود الكادميوم.
- أنود النيكل.
- أنود الزنك.
- أنود الرصاص.
- أنود الجرافيت أو الكربون أو الفحم.
- أنود القصدير.
- أنود النحاس الأصفر.
- الأنود الخالي من الأكسجين للنحاس.
- الأنود الإلكتروليتي للنحاس.
- أنود نحاس الفوسفور.
- أنود التيتان البلاتينيزد.
ما هي الخلية الكهروكيميائية؟
- تعد الخلية الكهروكيميائية أحد مصادر التيار الكهربائي، حيث تحدث بها تفاعلات تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية عبر عمليات الأكسدة والاختزال بمساعدة المحاليل الإلكتروليتية.
- تتطلب هذه التفاعلات مصادر خارجية لتحقيق التفاعل، مثل الطاقة الحرة من نظام جيبس والطاقة الخارجية المستمدة منه.
أنواع الخلايا الكهروكيميائية
- الخلايا الجلفانية أو الفولتية، التي تعمل على تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهربائية بصورة مباشرة من خلال حدوث تفاعلات الأكسدة والاختزال.
- حيث يحتوي كل قطب على أيونات حرة وموصل من المعدن، وكل واحد يُسمى نصف خلية، وأحد أشهر أمثلتها هي خلية دانييل التي تستخدم الزنك والنحاس في تفاعلاتها.
- السلسلة الكهروكيميائية، وهي سلسلة من النشاط الكيميائي نتجت عن قياسات جهود الأقطاب القياسية مقارنةً بالقطب القياسي للهيدروجين.
- بناءً على ذلك، تُترتب الأقطاب الكهربائية المعدنية وغير المعدنية لتكوين سلسلة كهروكيميائية.
- خلية التحليل الكهربائي، حيث تغمر الأقطاب الكهربائية في محلول إلكتروليتي يحتوي على كاتيونات وأنيونات، ثم يتم إدخال تيار كهربائي الذي يحرر الإلكترونات ويحدد اتجاهها باتجاه القطب المناسب.
- وهذا يُؤدي إلى حدوث عمليات الأكسدة والاختزال، ومن أشهرها تحليل كلوريد الصوديوم عند درجات حرارة تزيد عن 801 درجة مئوية.