ما هي الخلية الجلفانية؟
الخلية الجلفانية هي خلية كهروكيميائية تستخدم نقل الإلكترونات في تفاعلات الأكسدة والاختزال لإنتاج التيار الكهربائي ، حيث تعمل هذه الخلية من خلال تفاعل كيميائي تلقائي ينتج تيارًا كهربائيًا عبر دائرة خارجية، إذ تزود التفاعلات الخلايا الجلفانية بالطاقة، ويصبح من الممكن استخدام هذه الطاقة خلال دائرة معينة، ولهذا السبب، تُستخدم الخلايا الجلفانية بشكل شائع كبطاريات، حيث إن البطارية تتكون من خلايا متعددة.
أجزاء الخلية الجلفانية
فيما يلي الأجزاء التي تتكون منها الخلية الجلفانية:
- المصعد (Anode)، وهو الجزء الذي يحدث فيه تفاعل التأكسد.
- المهبط (Cathode)، وهو الجزء الذي يحدث فيه تفاعل الاختزال .
- جسر الملح أو جسر الأيونات، وهو يحتوي على إلكتروليتات مطلوبة لإكمال الدائرة في الخلية الجلفانية.
- نصف الخلايا، والتي يتم من خلالها فصل تفاعلات الاختزال والأكسدة إلى مقصورات.
- الدائرة الخارجية، وهي المسؤولة عن تدفق الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية.
- الحمل، وهو جزء من الدائرة الكهربائية يستخدم تدفق الإلكترونات لأداء وظيفته.
مبدأ عمل الخلية الجلفانية
في الخلية الجلفانية، عندما يتم غمس قطب كهربائي في وسط يتيح حركة التيار خلاله (المحلول الإلكتروليتي)، عند سطح التلامس بين القطب والوسط، تميل ذرات القطب إلى توليد أيونات موجبة في المحلول الإلكتروليتي وترك الإلكترونات عند القطب، وبالتالي يصبح القطب سالب الشحنة، وفي الوقت نفسه، تميل الأيونات الموجبة للمحلول الإلكتروليتي أيضًا إلى الترسب على القطب الآخر وتجعله موجب الشحنة، ومنه يتم إنشاء فرق الجهد بين القطب الكهربائي والإلكتروليت، ويسمى هذا الاختلاف في الجهد بجهد القطب، كما يسمى القطب الذي يحدث فيه الاختزال بالمهبط، بينما يسمى القطب الذي تحدث فيه الأكسدة بالمصعد وله جهد سلبي فيما يتعلق بالمحلول الإلكتروليتي، ونتيجة لهذه الاتفاعلات، تم إنشاء فرق جهد بين قطبي الخلية الجلفانية، ويسمى هذا الاختلاف في الجهد بجهد الخلية.
القوة الدافعة الكهربائية في الخلية الجلفانية
عندما لا يكون هناك تيار مأخوذ من الخلية الجلفانية، يُشار إلى إمكانات الخلية باسم القوة الدافعة الكهربائية (EMF) للخلية الفولتية، وعندما يتم توصيل دائرة خارجية بالخلية الجلفانية، تبدأ الإلكترونات في التدفق من القطب الموجب إلى القطب السالب، لذلك، يتدفق التيار التقليدي من الطرف الموجب إلى الطرف السالب في الدائرة الخارجية.
أنواع الخلايا الجلفانية
هناك نوعان أساسيان من الخلايا الجلفانية وهما:
الخلية الأولية
تسمى الخلية التي تعمل كمصدر للكهرباء دون أن يتم شحنها مسبقًا بواسطة تيار كهربائي من مصدر خارجي بالخلية الأولية، في هذا النوع من الخلايا، يتم الحصول على الطاقة الكهربائية فقط من خلال التفاعل الكيميائي طالما كانت المواد الفعالة موجودة، ومن أنواع الخلايا الأولية هي الخلية الجافة، وخلية الزئبق، والخلية القلوية.
الخلية الثانوية
يمكن إعادة شحن الخلية الجلفانية الثانوية بمجرد استخدامها عن طريق تمرير تيار من خلالها، وبالتالي يمكن استخدامها مرارًا وتكرارًا، وتحدث التغييرات الكيميائية عندما تكون الخلية مشحونة بالكهرباء، حيث يتم عكس هذه التغييرات أثناء التفريغ، ويتم تصنيف الخلايا الثانوية بناءً على المواد المستخدمة في بنائها، وأهم هذه الأنواع هي خلية النيكل والكادميوم، وخلية حمض الرصاص، وخلية ليثيوم أيون.
أهم تطبيقات الخلية الجلفانية
فيما يلي أهم التطبيقات التي تدخل بها الخلايا الجلفانية:
- يتم استخدامها في الساعات، وأجهزة التحكم عن بعد، والآلات الحاسبة وغيرها.
- كما أنها تستخدم في الهواتف المحمولة والكاميرات وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.
- يتم استخدامها كخلايا وقود لتشغيل المحركات.
- كما أنها تستخدم في تشغيل الألعاب المختلفة.
