الخلايا الجلفانية مقابل الخلايا الإلكتروليتية: الفرق والمقارنة

تعد الخلايا الجلفانية أو الإلكتروليتية من أهم المكونات الضرورية للغاية في صناعة أشباه الموصلات وخارجها.

تُستخدم الخلايا الجلفانية في البطاريات لتساعدنا على تشغيل كل حجم من الأجهزة بينما تستخدم الخلايا الإلكتروليتية في الغالب للطلاء الكهربائي. تختلف آلية ومخرجات كلا الخليتين. 

الوجبات السريعة الرئيسية

1. تولد الخلايا الجلفانية طاقة كهربائية من خلال تفاعلات الأكسدة والاختزال العفوية ، بينما تستهلك الخلايا الإلكتروليتية الطاقة الكهربائية لدفع التفاعلات غير التلقائية.
2. في الخلايا الجلفانية ، الأنود هو موقع الأكسدة ، والكاثود هو موقع الاختزال ؛ في الخلايا الإلكتروليتية ، القطب الموجب هو المكان الذي يحدث فيه الاختزال ، والكاثود هو المكان الذي تحدث فيه الأكسدة.
3. تستخدم الخلايا الجلفانية بشكل شائع في البطاريات ، بينما تستخدم الخلايا الإلكتروليتية في عمليات مثل الطلاء الكهربائي والتحليل الكهربائي.

الخلايا الجلفانية مقابل الخلايا الالكتروليتية

تولد الخلايا الجلفانية طاقة كهربائية من تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي بين قطبين معدنيين ، مما يؤدي إلى تدفق الإلكترونات لإنتاج الطاقة الكهربائية. تستخدم الخلايا الإلكتروليتية الطاقة الكهربائية لتحريك تفاعل الأكسدة والاختزال غير التلقائي ، وإنتاج المعادن ، وتنقية المعادن ، ومعادن الطلاء بالكهرباء.

تُعرف الخلايا الجلفانية أيضًا بالخلايا الكهروكيميائية حيث يحدث تفاعل عفوي لإنتاج الكهرباء.

تتكون الخلايا الجلفانية من خليتين نصفيتين موضوعتين في حاويات مختلفة ومتصلة بواسطة جسر ملحي أو حاجز مسامي. 

يمكن وصف الخلايا الإلكتروليتية بأنها عكس الخلايا الجلفانية لأنها تحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.

في التفاعلات الكلية ، تكون طاقة جيبس ​​إيجابية ، وبالتالي تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال غير العفوية في خلية إلكتروليتية. 

جدول المقارنة

معلمات المقارنة	الخلايا الجلفانية	خلايا التحليل الكهربائي
تعريف	الخلايا الجلفانية هي خلايا كهروكيميائية يمكنها إنتاج الكهرباء.	الخلايا الالكتروليتية هي أيضًا خلايا كهروكيميائية ولكنها تستخدم الطاقة الكهربائية لتسهيل التفاعلات الكيميائية.
تحويل	تقوم الخلايا الجلفانية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية.	تقوم الخلايا الإلكتروليتية بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.
رد فعل	في الخلية الجلفانية ، يحدث تفاعل عفوي.	تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال غير العفوية في الخلايا الإلكتروليتية.
الرسوم	الشحنة السالبة عند القطب الموجب بينما الشحنة الموجبة عند الكاثود.	الشحنة السالبة عند القطب السالب بينما الشحنة الموجبة عند القطب الموجب.
أكسدة	تتم عملية الأكسدة عند الأنود.	تحدث الأكسدة عند الكاثود.
تحديد المستوى	توضع الخلايا النصفية في حاويات مختلفة ويتم توصيلها عبر جسر ملح.	في محلول الإلكتروليت ، توضع الأقطاب الكهربائية في نفس الحاوية.
التطبيقات	تستخدم في البطاريات.	تستخدم في الغالب في الطلاء الكهربائي وكذلك في تنقية النحاس.

ما هي الخلايا الجلفانية؟

في الخلية الجلفانية ، يكون تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يسبب انتقال الإلكترونات بين الأنواع تلقائيًا. وهذا المقدار من الشغل الكهربائي يتم بواسطة طاقة جيبس ​​للتفاعل التلقائي.

يتم حفظ الخليتين النصفيتين في الخلية الجلفانية بشكل منفصل في حاويتين ومتصلتين بجسر ملح. يتم غمس الأقطاب المعدنية الموجودة في كل نصف خلية في محلول إلكتروليت.

إذا تم غمس الأقطاب الكهربائية في نفس المنحل بالكهرباء ، فلا حاجة لجسر الملح. 

توجد ستة أجزاء في الخلية الجلفانية ، وهي الأنود ، والكاثود ، والجسر الملح ، ونصف الخلايا ، والدائرة الخارجية ، والحمل.

في هذه الخلية ، يكون للأنود إمكانات سلبية والكاثود له إمكانات إيجابية ، سواء فيما يتعلق بالحل.

لذلك ، عند ضبط المفتاح ، نظرًا لاختلاف الجهد ، تبدأ الإلكترونات التي تم إنشاؤها في التدفق من القطب الموجب إلى القطب السالب. 

تم تقديم مفهوم الخلايا الجلفانية / الكهروكيميائية لدراسة الخصائص الديناميكية الحرارية للأملاح المنصهرة. فيما يلي رد فعل خلية دانيال ، وهي نوع من الخلايا الجلفانية.

عند الكاثود: Cu 2+ + 2e– → Cu (مخفض)

عند الأنود: Zn → Zn2 + + 2e– (مؤكسد)

الخلايا الجلفانية هي مثال على كيفية إنتاج تفاعل بسيط للطاقة ويمكن استخدام تلك الطاقة لإنتاج الكهرباء. تستخدم هذه الخلايا بشكل رئيسي في البطاريات. 

ما هي الخلايا الالكتروليتية؟

 في حين أن الخلايا الفولتية (الجلفانية) مدفوعة بتفاعلات كيميائية عفوية ، فإن الخلايا الإلكتروليتية مدفوعة بتفاعلات الأكسدة والاختزال غير العفوية.

إنه يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية ، عكس الخلايا الجلفانية تمامًا. في خلية التحليل الكهربائي ، تحدث الأكسدة عند الكاثود بينما يحدث الاختزال عند القطب الموجب.

يؤدي هذا أحيانًا إلى حدوث ارتباك لأن الأكسدة تحدث في الأنود. لذلك ، من الأسهل تذكر أن القطب الموجب في خلية التحليل الكهربائي يكون موجبًا بينما الكاثود سالب. 

طاقة جيبس ​​الكلية إيجابية لأن التفاعلات غير عفوية. يمكن استخدام الخلايا الإلكتروليتية في التحليل الكهربائي لبعض المركبات ، مثل الماء.

إذا تم تحليل الماء بالكهرباء باستخدام خلية إلكتروليتية ، فسيحدث تكوين الأكسجين الغازي والهيدروجين.

يمكن فهم آلية الخلية الإلكتروليتية جيدًا باستخدام مثال كلوريد الصوديوم المنصهر (كلوريد الصوديوم). ردود الفعل الخلية معطاة أدناه.

عند الكاثود: [Na + e– → Na] × 2 (مخفض)

عند الأنود: 2Cl– → Cl2 + 2e– (مؤكسد)

تفاعل الخلية: 2NaCl → 2Na + Cl2

لتنفيذ التفاعلات المذكورة أعلاه ، يتم غمس قطبين كهربائيين في كلوريد الصوديوم المنصهر وعندما يتم تمرير الكهرباء عبر الدائرة ، يصبح القطب السالب مشحونًا.

لذلك ، تنجذب أيونات الصوديوم (موجبة الشحنة) نحو الكاثود وبالتالي تشكل الصوديوم المعدني عند الاختزال.

الاختلافات الرئيسية بين الخلايا الجلفانية وخلايا التحليل الكهربائي

1. الخلايا الجلفانية هي خلايا كهروكيميائية يمكنها إنتاج الكهرباء بينما الخلايا الكهروكيميائية هي أيضًا خلايا كهروكيميائية ولكنها تستخدم الطاقة الكهربائية لتسهيل التفاعلات الكيميائية.
2. تقوم الخلايا الجلفانية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بينما تقوم الخلايا الإلكتروليتية بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية.
3. في الخلية الجلفانية ، يحدث تفاعل عفوي بينما تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال غير العفوية في الخلايا الإلكتروليتية.
4. في الخلية الجلفانية ، تكون الشحنة السالبة عند القطب الموجب بينما الشحنة الموجبة عند القطب السالب بينما في الخلية الإلكتروليتية تكون عكس ذلك. 
5. تحدث عملية الأكسدة عند القطب الموجب في الخلية الجلفانية ولكن في حالة الخلية الإلكتروليتية ، تحدث في القطب السالب.
6. توضع الخلايا النصفية في حاويات مختلفة في خلية كلفانية بينما في الخلايا الإلكتروليتية ، توجد الأقطاب الكهربائية في نفس الحاوية. 

مراجع حسابات

1. https://avesis.marmara.edu.tr/yayin/17177586-0673-4859-9b7c-66eafdae92d7/prospective-teachers-conceptual-understanding-of-electrochemistry-galvanic-and-electrolytic-cells
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/(SICI)1098-2736(199704)34:4%3C377::AID-TEA7%3E3.0.CO;2-O