خلية فولتا
لتقديم طريقة أخرى لتوليد فرق جهد بين قطبين كهربائيين، يتم قياس الجهد الكهربائي لخلية فولت واحدة، ثم لخلتي فولت متصلتين على التوالي.
الجانب العلمي وراء هذه التجربة
وصف أليساندرو فولتا في عام 1799 الخلية الجلفانية لأول مرة. ويكمن الفرق بين خلية فولتا وخلية دانييل في أنه، على الرغم من أن كلاهما عبارة عن خلايا من النحاس والزنك، فإن المحاليل الموجودة في كلتا نصف الخلايا في خلية فولتا هي حمض الكبريتيك المخفف.
يتفاعل الزنك مع حمض الكبريتيك المخفف لينتج كبريتات الزنك والهيدروجين. وتسمح أكسدة الزنك — الذي يذوب وينتج أيونات — باختزال أيونات الهيدروجين إلى هيدروجين جزيئي وفقًا للمعادلات التالية.
يتيح توصيل الأقطاب الكهربائية بواسطة سلك تدفق الإلكترونات من الزنك إلى النحاس. وعندما تصل الإلكترونات إلى سطح النحاس، فإنها تخفض أيونات الهيدروجين، مما يؤدي إلى تكوّن فقاعات على القطب النحاسي. ويؤدي تكوّن طبقة رقيقة من الهيدروجين الجزيئي على سطح الأقطاب الكهربائية إلى انخفاض الجهد في الخلية الكهروكيميائية، وبالتالي يحجبها عن أيونات الهيدروجين الموجودة في المحلول.
المعدات المستخدمة
- مقياس رقمي متعدد الوظائف — ELE-001
- 1 × سلك توصيل، أحمر — ELE-005، ELE-006
- 2 × أسلاك توصيل، سوداء — ELE-007، ELE-008
- 4 × مشابك على شكل تمساح — ELE-009
- 2 × أقطاب نحاسية — CHE-018
- 2 × أقطاب زنك — CHE-017
- 2 × أغطية لخلايا الاختبار — CHE-021
المواد الكيميائية والمواد الكاشفة
- حامض الكبريتيك 0.5 مولار — R:35 S:26-30-45
أسئلة للطلاب
- سجل قيم الفولتية المقاسة لخلية واحدة، وخلتين متصلتين على التوالي، وخلتين متصلتين بالتوازي.
- أين يحدث تطور الغاز؟ وما هو هذا الغاز؟
- ماذا يحدث عند قصر الدائرة الكهربائية بين الخلايا؟ ولماذا؟
ما يمكن توقعه
بالنسبة للخلية الواحدة ولخلتين متصلتين بالتوازي، يبلغ الجهد حوالي 1.05 فولت، لكنه ينخفض سريعًا إلى حوالي 0.90 إلى 0.95 فولت. أما الجهد المقاس في حالة التوصيل المتسلسل (حوالي 1.8 فولت) فهو مجموع جهد كل خلية. وعلى قطب الزنك، تتخفض أيونات الهيدروجين إلى هيدروجين. وأثناء المراقبة، ينتج قطب الزنك فقاعات. وفي هذه التجربة الثانية أيضًا، ينتج القطب الزنكي فقاعات من الهيدروجين. وبعد هذه العملية، تظهر الفقاعات ليس فقط على القطب الزنكي، بل أيضًا على الأقطاب النحاسية. تتدفق الإلكترونات إلى الأقطاب النحاسية، وتحدث عملية اختزال أيونات الهيدروجين في هذا القطب أيضًا. ويؤدي وجود جهاز قياس (فولتميتر) ذي مقاومة عالية في الدائرة إلى إعاقة مرور الإلكترونات، بحيث تحدث عملية اختزال أيونات الهيدروجين بشكل شبه كامل على القطب الزنكي، نظرًا لأن كمية الإلكترونات التي تصل إلى القطب النحاسي ضئيلة جدًّا.
التخلص
تخلص من المحلول في حاوية النفايات.
قم بإجراء هذه التجربة في فصلك الدراسي
تُعد هذه التجربة جزءًا من برنامج «ATP Volta» — وهو مختبر علمي متنقل ومكتفٍ ذاتيًا يحول الفصل الدراسي العادي إلى مختبر عملي في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM)، ويضم أكثر من 200 تجربة في مجالات الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والروبوتات والهندسة. ويقوم « Gali » — وهو المرشد التعليمي الذي يعمل بالذكاء الاصطناعي والمدمج في موقع ATP Connect — بتوجيه الطلاب خلال كل خطوة والإجابة على أسئلتهم أثناء إجراء التجارب.
شاهد مختبر «ATP Volta» العلمي المتنقلتواصل مع فريقنا