خلايا التركيز

يعتمد كمون الخلية،في تفاعل تأكسد واختزال،بشكل كبير على تركيز المواد المتفاعلة والنواتج. لنتأمل خلية نيكل وفضة جلفانية في ظروف معيارية بكمون كهربائي قيمته 1.03 فولت. إذا طرأ تغير على التركيز،فمن شأنه إما أن يزيد أو يُنقص كمون الخلية.

إذا كان التدرج في التركيز يؤثر في كمون الخلية الكهربي لنصفي خلية مختلفين،فهل يمكن استخدامه لبناء خلية كهروكيميائية بنصفي تفاعل متطابقين؟لنتأمل خلية جلفانية بقطبي فضة متطابقين،يوضع كل منهما في محلول يحتوي على تركيز مختلف لأيونات الفضة. تُسمى هذه التركيبة خلية التركيز. وفقًا لمبدأ لو شاتليه،فإن التدرج في التركيز يحرك تدفق الإلكترونات تلقائيًا من نصف الخلية ذات تركيز الأيونات المنخفض،إلى نصف الخلية ذات تركيز الأيونات المرتفع.

وهكذا يحدث التأكسد في الخلية الأقل تركيزاًحيث يتأكسد قطب الفضة،مكونًا أيونات الفضة،بينما في الخلية الأعلى تركيزاًتُختزل أيونات الفضة إلى فضة صلبة. بالتالي فإن ما يحدد الكمون الكهربائي لخلية تركيز،هو فقط الفرق في تركيز الكاشف المُنتقى لمعادلة التأكسد والاختزال،ويمكن حسابه باستخدام معادلة نرنست. عندما يتساوى تركيز الأيونات في نصفي الخليتين،تصل خلية التركيز إلى حالة توازن،ويصبح كمونها الكهربائي صفرًا.

عندها يُعلن توقف موت"الخلية. تعمل أجهزة قياس الحموضة pH،بنفس المبدأ المُستخدَم في خلية التركيز لتحديد حموضة أو قاعدية محلول معين. يُملأ القضيب الزجاجي في جهاز قياس pH بمحلول ذو تركيز معروف لأيونات الهيدروجين.

عندما يُغمس في محلول ذو تركيز مختلف لأيونات الهيدروجين،يتشكل فرق في الكمون الكهربائي،يمكن قياسه على طرفي الزجاج،ويُستخدم لتحديد قيمة pH للعينة. إذا كان تركيز أيونات الهيدروجين على الطرف الخارجي للقضيب أعلى منه على الطرف الداخلي،يكون الفرق في الكمون مرتفعًا. وهذا يعني أن المحلول حمضي وفيه قيمة pH أقل من 7.

في حال تساوي تركيز أيونات الهيدروجين على طرفي القضيب الزجاجي،يكون الفرق في الكمون صفرًا. بالتالي،يكون المحلول الخاضع للفحص متعادلًا. أما إذا كان تركيز أيونات الهيدروجين أقل في الطرف الخارجي،ينشأ انخفاض الفرق في الكمون،ومعناه أن المحلول قاعدي وفيه قيمة pH أعلى من 7.