تعتبر التفاعلات الكهروكيميائية حيوية للعديد من العمليات في التكنولوجيا وجسم الإنسان وتتضمن نقل الإلكترونات من نوع كيميائي إلى آخر. تسمى هذه التفاعلات تفاعلات الأكسدة الاختزال أو تفاعلات الأكسدة والاختزال.
عندما يفقد النوع الإلكترونات ، فإنه يخضع للأكسدة ، ونقول إنه يتأكسد. عندما يكتسب النوع الإلكترونات ، فإنه يخضع للاختزال ، ونقول إنه ينخفض. في الخلية الجلفانية الكهروكيميائية ، تحدث تفاعلات الأكسدة والاختزال تلقائيا ، والتي تولد طاقة كهربائية. ومع ذلك ، في الخلية الإلكتروليتية ، يتم تطبيق الطاقة الكهربائية ، مما يؤدي إلى حدوث تفاعلات الأكسدة والاختزال.
تتكون الخلية الإلكتروليتية من محلول تفاعل يسمى المنحل بالكهرباء ، والذي يحتوي على أي أنواع كيميائية مؤكسدة أو مختزلة بالإضافة إلى الأيونات اللازمة لتمكين تدفق الإلكترون. تحتوي الخلية الإلكتروليتية على قطبين معدنيين مغمورين في المحلول الإلكتروليتي. تربط الدائرة الخارجية القطبين ، مما يكمل الدائرة ويمكننا من تطبيق الجهد أو التيار.
التيار أو الجهد المطبق هو ما يتسبب في حدوث التفاعل الكهروكيميائي. يحدث نصف تفاعل الأكسدة في الأنود ، ويحدث نصف تفاعل الاختزال عند الكاثود. لمساعدتك على التمييز بين الاثنين ، تذكر عبارة "القط الأحمر" ، والتي تعني "التخفيض عند الكاثود".
لكن كيف نحدد أي قطب كهربائي؟ يمكننا استخدام جهد الاختزال القياسي للأقطاب الكهربائية المعدنية ، وهو مقياس لميل المعدن إلى فقدان الإلكترونات. كلما زادت إمكانات الاختزال ، زادت احتمالية تقليل المعدن.
لنفترض أننا وضعنا قطبا كهربائيا فضيا وكهربائيا نحاسيا في خلية إلكتروليتية وطبقنا التيار الكهربائي. يتمتع القطب الفضي بإمكانية اختزال أعلى ، لذلك يتم تقليله ويعمل ككاثود. يحتوي القطب النحاسي على إمكانات اختزال أقل ، لذلك يتأكسد ويعمل كأنود.
أحد استخدامات الخلايا الإلكتروليتية هو إجراء الطلاء الكهربائي ، وهو تفاعل يتأكسد فيه معدن واحد ثم يتم تقليله على سطح معدن آخر. نظرا لأن الأنود هو المعدن الذي يقوم بالطلاء ، في مثالنا من الفضة والنحاس ، فإن القطب الفضي مطلي بطبقة رقيقة من النحاس.
في هذا المختبر ، ستقوم بتجميع خلية كهربائية وإجراء عملية الطلاء الكهربائي عن طريق طلاء مفتاح نحاسي بالنحاس.