ما هي الخلية الجلفانية؟

ما هي الخلية الجلفانية؟

الخلية الجلفانية هي خلية كهروكيميائية تُنتج التيار الكهربائي من خلال نقل الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال. تعمل هذه الخلية عبر تفاعل كيميائي تلقائي يولد تيارًا كهربائيًا يتدفق عبر دائرة خارجية. توفر التفاعلات الكيميائية الطاقة اللازمة، والتي يمكن استغلالها في دائرة معينة. لهذا السبب، تُستخدم الخلايا الجلفانية بشكل شائع كبطاريات، حيث تتكون البطارية من عدد من الخلايا المترابطة.

أجزاء الخلية الجلفانية

تتألف الخلية الجلفانية من العناصر التالية:^[1]

• المصعد، وهو الجزء الذي يحدث فيه تفاعل الأكسدة.
• المهبط، وهو الجزء الذي يحدث فيه تفاعل الاختزال.
• جسر الملح أو جسر الأيونات، والذي يحتوي على إلكتروليتات ضرورية لإكمال الدائرة داخل الخلية الجلفانية.
• نصف الخلايا، التي تفصل تفاعلات الأكسدة والاختزال إلى مقصورات منفصلة.
• الدائرة الخارجية، المسؤولة عن تدفق الإلكترونات بين القطبين الكهربائيين.
• الحمل، وهي جزء من الدائرة الكهربائية يستخدم تدفق الإلكترونات لأداء وظيفته.

مبدأ عمل الخلية الجلفانية

عند غمس قطب كهربائي في وسط يسمح بمرور التيار (مثل محلول كهربائي)، فإن سطح الاتصال بين القطب والوسط يُظهر اتجاهًا لتكوين أيونات موجبة في المحلول، بينما تبقى الإلكترونات عند القطب، مما يجعل القطب سالب الشحنة. في الوقت نفسه، تميل الأيونات الموجبة للمحلول إلى الترسب على القطب الآخر، ما يجعله موجب الشحنة. هذا يُحدث فرقًا في الجهد بين القطب والمحاليل، ويُعرف هذا الفرق باسم جهد القطب. يُسمى القطب الذي يحدث فيه اختزال بالمهبط، بينما يُسمى القطب الذي يحدث فيه أكسدة بالمصعد، ويتمتع بمجال سالب بالنسبة للمحلول. نتيجة لهذه العمليات، ينشأ فرق جهد بين قطبي الخلية الجلفانية، ويُعرف هذا الفرق بجهد الخلية.^[2]

القوة الدافعة الكهربائية في الخلية الجلفانية

عند عدم استخلاص تيار من الخلية الجلفانية، يُطلق على إمكانات الخلية اسم القوة الدافعة الكهربائية (EMF). عندما تُوصَل دائرة خارجية بالخلية، يبدأ الإلكترونات في التدفق من القطب السالب إلى القطب الموجب، وبالتالي يتدفق التيار التقليدي من القطب الموجب إلى القطب السالب في الدائرة الخارجية.^[2]

أنواع الخلايا الجلفانية

توجد نوعان رئيسيان من الخلايا الجلفانية:^[3]

الخلية الأولية

الخلية التي تعمل كمصدر للطاقة دون الحاجة إلى شحن مسبق بواسطة مصدر خارجي تُسمى الخلية الأولية. في هذه النوعية، يتم استخلاص الطاقة الكهربائية فقط من التفاعل الكيميائي طالما أن المواد الفعالة متاحة. ومن أمثلة هذه الخلايا: الخلية الجافة، وخلية الزئبق، والخلية القلوية.

الخلية الثانوية

يمكن إعادة شحن الخلايا الجلفانية الثانوية بعد استخدامها عن طريق مرور تيار كهربائي من خلالها، مما يسمح باستخدامها عدة مرات. تحدث تغيرات كيميائية أثناء الشحن، وتُعكس هذه التغيرات أثناء التفريغ. تصنف الخلايا الثانوية حسب المواد المستخدمة في بنائها، وأهمها: خلية النحاس والكادميوم، وخلية حمض الرصاص، وخلية الليثيوم أيون.

أهم تطبيقات الخلية الجلفانية

تُستخدم الخلايا الجلفانية في التطبيقات التالية:^[3]

• في الساعات، وأجهزة التحكم عن بعد، والآلات الحاسبة وغيرها.
• كما تُستخدم في الهواتف المحمولة، والكاميرات، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
• كخلايا وقود لتشغيل المحركات.
• كما تُستخدم في تشغيل الألعاب المختلفة.

المراجع

1. ↑ "Galvanic Cell", corrosionpedia, 13/4/2017, Retrieved 13/1/2022.
2. ↑ "Galvanic Cell (Voltaic Cell)", byjus, Retrieved 13/1/2022.
3. ^ ^{أ ب} "Working Principle of Voltaic Cell (Galvanic Cell)", tutorialspoint, Retrieved 13/1/2022.
4. ^ ^{أ ب} "Voltaic Cell – Construction, Types, How it Works, Applications, Advantages", electricalfundablog, Retrieved 13/1/2022.