الأنود في الخلية الكهروكيميائية: القطب الذي يحدث عنده التفاعل الكيميائي

الأنود في الخلية الكهروكيميائية: القطب المسؤول عن التفاعل

• يُعتبر القطب مكونًا أساسيًا للخلية الكهروكيميائية، حيث يتفاعل مع الإلكتروليت ويُعرف بالقطب. يعمل هذا القطب كموصل يسمح بمرور تيار الكهرباء من خلاله.
• يمكن اعتباره سطحًا ملائمًا للتفاعل بين المحلول الإلكتروليتي والمعدن، وذلك بواسطة عمليات الأكسدة والاختزال.
• يمتاز هذا القطب بخصائص شبه موصل تحدد نقل الشحنات داخل الخلية، حيث يفقد الإلكترونات خلال عملية الأكسدة ويمر عبر الإلكتروليت.
• أما في عملية الاختزال، فإنه يكتسب الإلكترونات من الإلكتروليت. يختلف التفاعل الحادث في الأنود بناءً على نوع الخلية الكهروكيميائية وعملية التحليل الكهربائي أو الكيميائي الدائرة عند القطب.

تعريف الأنود

• في مجال الكيمياء الكهربية، يُعرف الأنود بأنه النقطة التي تحدث فيها تفاعلات الأكسدة؛ حيث تقوم الأيونات السالبة بإخراج الإلكترونات والتفاعل مع الإلكتروليت، مما يؤدي إلى حركة سريعة لتلك الإلكترونات في الدائرة.
• يمثل الأنود القطعة التي تحتوي على شحنات موجبة زائدة، ويختلف وجوده حسب نوع الخلية الكهروكيميائية.

تعريف الكاثود

• بخلاف الأنود، يُعتبر الكاثود قطبًا أو نقطة تحدث عندها تفاعلات الاختزال، حيث تكون الشحنة سالبة؛ ويُستخدم تيار كهربائي لتحليل المركبات الكيميائية.
• عادةً ما يكون الكاثود حارًا عندما يحدث انبعاث حراري وإصدار الإلكترونات، بينما يكون باردًا إذا كانت الإلكترونات الصادرة أقل من تلك الناتجة عن الانبعاث الحراري.

الاختلاف بين الأنود والكاثود

• يحدث الأكسدة عند الأنود نتيجة فقد الإلكترونات، بينما يحدث الاختزال عند الكاثود نتيجة اكتساب الإلكترونات.
• الأنود هو القطب الموجب الذي تتجه إليه الكهرباء، في حين أن الكاثود هو القطب السالب الذي تتدفق منه الكهرباء. في الغالبية العظمى من الخلايا الكهروكيميائية، يُعتبر الأنود متبرعًا بالإلكترونات والكاثود مستقبلًا لها.
• تتباين الشحنات بين الأنود والكاثود في بعض الأحيان اعتمادًا على نوع الخلايا المعنية.
• في خلية التحليل الكهربي، يكون الأنود موجبًا، مما يجذب الإلكترونات السالبة، بينما الخط السالب لجذب الإلكترونات الموجبة.
• أما في الخلايا الجلفانية، فإن الأنود يكون سالبًا يجذب الإلكترونات الإيجابية، بينما يكون الكاثود موجبًا يجذب الإلكترونات السالبة.

أماكن حدوث الأكسدة

• تحدث تفاعلات الأكسدة في الأنود داخل خلية التحليل الكهربي.
• تحدث تفاعلات الاختزال عند الكاثود في نفس النوع من الخلية.
• يستطيع الأنود أن يتحول إلى كاثود في الخلية الجلفانية أو الڤولتية.
• على الجهة الأخرى، يمكن أن يتحول الكاثود إلى أنود ضمن الخلية الجلفانية أو الڤولتية.
• إن الفهم الدارج بأن تدفق الإلكترونات يتم فقط عند الكاثود، وأن الأنود هو موطن تفاعلات الأكسدة هو فهم مغلوط؛ حيث إن الشحنات والوظائف تتغير وفقًا لنوع الخلايا المستخدمة.

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.

تعريف الخلية الكهروكيميائية

• تعتبر الخلية الكهروكيميائية واحدة من مصادر التيار الكهربائي، حيث تحدث فيها تفاعلات تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية من خلال عمليات الأكسدة والاختزال مع المحاليل الإلكتروليتية.
• يتطلب ذلك مصادر خارجية لإتمام التفاعل، مثل طاقة جيبس الحرة والطاقة المستمدة منها.

أنواع الخلايا الكهروكيميائية

• الخلايا الجلفانية أو الڤولتية، والتي تحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية بشكل مباشر عبر عمليات الأكسدة والاختزال.
  • كل قطب في هذه الخلايا يحتوي على أيون حر وموصل معدني، ويُطلق على كل جزء اسم نصف خلية. ومن أبرز الأمثلة عليها خلية دانييل التي تستخدم الزنك والنحاس في تفاعلات الأكسدة والاختزال.
• السلسلة الكهروكيميائية وهي عبارة عن مجموعة من النشاط الكيميائي الناتجة عن جهود الأقطاب القياسية مقارنةً بالقطب القياسي للهيدروجين.
  • تسهم هذه العمليات في ترتيب الأقطاب الكهربائية المعدنية وغير المعدنية، مما ينتج عنه سلسلة كهروكيميائية.
• خلية التحليل الكهربي، حيث تُغمر الأقطاب الكهربائية في محلول إلكتروليتي يحتوي على كاتيونات وأنيونات؛ ثم يتم إدخال تيار كهربائي لتحرير الإلكترونات وتوجيهها نحو القطب المناسب.
  • تحدث عمليات الأكسدة والاختزال في هذه الخلايا، ومن أشهرها تحليل كلوريد الصوديوم عند درجة حرارة تزيد عن 801 درجة مئوية.