هل الجرافيت قطب كهربائي خامل؟ 

يُصنع القطب الكهربائي من مادة موصلة ومحدده الأساسي هو تطبيقه. ومع ذلك، تكون هذه الأقطاب عادةً من الجرافيت. يُعد الذهب والبلاتين والفضة من أشهر المعادن النبيلة التي يمكن استخدامها ولكنها باهظة الثمن بعض الشيء.

يمكن استخدام الجرافيت الذي يُعرف بأنه موصل جيد للكهرباء كـ قطب كهربائي. وهو مستقر كيميائياً، ويمكنه الصمود فقط في درجات الحرارة العالية. وعادة ما يسمح بتفاعل أقل مما يجعله قطبًا مناسبًا يمكن استخدامه في الخلايا الكهروكيميائية. 

ما هو القطب الخامل؟

لا يشارك هذا النوع من الأقطاب الكهربائية في تفاعل كيميائي؛ وتشمل بعض الأقطاب الخاملة الأكثر استخدامًا البلاتين والذهب والجرافيت والروديوم. 

لقد حددنا هنا الخصائص الأساسية للقطب الخامل: 

1: الاستقرار الكيميائي

وعادةً لا تتفاعل مع الشوارد، وتكون الشوارد الخاملة مستقرة كيميائيًا في الإلكتروليت الذي تستخدم معه. ونعني بذلك أنها لا تشارك في التفاعلات التي تحدث في الكهروكيميائية الكهربائية الخلايا. 

2: التوصيلية

الموصل الكهربائي الجيد والأقطاب الخاملة موصلات ممتازة للكهرباء وتسمح للإلكترونات بالتدفق بسهولة. 

3: مساحة السطح

تسهّل مساحة السطح الكبيرة التفاعلات وتزيد المساحة من التفاعل بين الأقطاب والإلكتروليت. 

كيف يكون الجرافيت قطبًا كهربائيًا خاملًا؟

يستخدم الجرافيت في الغالب كقطب كهربائي خامل بسبب خصائصه الفيزيائية الخاصة. وهو مناسب للتطبيقات الكهروكيميائية بسبب موصلية كهربائية عالية تسمح بانتقال الإلكترونات. ومع ذلك، فإن المصدر الرئيسي لهذه الموصلية هو الإلكترونات غير المتمركزة، والتي تسمح للإلكترونات بالانتقال بسهولة على طول المستويات داخل بنيته ذات الطبقات.

كما أن قدرة الجرافيت على تحمل درجات الحرارة العالية - حوالي 3000 درجة مئوية - دون أن تتحلل هي ميزة أخرى. ويضمن هذا الثبات أن يحافظ القطب على سلامته طوال التفاعلات وهو أمر بالغ الأهمية في درجات الحرارة العالية. 

يتألف هيكل الجرافيت من صفائح من ذرات الكربون وقد تم ترتيبها في شكل سداسي. ويمكن تماسك هذه الطبقات معًا مما يسمح لها بالانزلاق فوق بعضها البعض بسهولة. وهذه الخاصية، لا تسهم فقط في قدرات الجرافيت على التزييت بل تقلل أيضًا من مخاطر الأقطاب الكهربائية أثناء تفاعلات الأكسدة والاختزال. ويجعل كل من الجمع بين التوصيلية الكهربائية العالية والبنية الطبقية من الجرافيت قطبًا خاملًا ويمكن استخدامه في مختلف الأنظمة الكهروكيميائية. 

هل الجرافيت قطب كهربائي خامل ذو قيمة في العمليات الصناعية؟

الجرافيت معروف للغاية ويستخدم على الأرجح في التطبيقات الكهروكيميائية. ويشمل ذلك البطاريات وخلايا الوقود، ويتكون هيكله من ذرات الكربون ذات الطبقات ويسمح بتوصيل كهربائي ممتاز. وبالتالي، فهو ضروري لنقل الإلكترون بكفاءة في هذه الأنظمة.  

حسنًا، يعمل الجرافيت كمادة أنود ويتيح تفاعل أيونات الليثيوم أثناء دورات الشحن والتفريغ. في خلايا الوقود، يُستخدم الجرافيت بشكل أساسي لإنشاء ألواح ثنائية القطب تسهل نقل الإلكترونات، وتوفر السلامة الهيكلية. أثناء التحليل الكهربائي، يمكن لأقطاب الجرافيت أن تسهّل بكفاءة تحلل مركبات مثل الماء. 

بعض مزاياها:

1. وهي متاحة على نطاق واسع وبأسعار معقولة.
2. خيار فعال من حيث التكلفة للإعدادات الصناعية.
3. لا يسبب التآكل وله درجة انصهار عالية. 
4. يضمن لك الحياة والمرونة في البيئات القاسية.
5. وبسبب خصائصه، يعد الجرافيت مناسبًا تمامًا للعديد من الإجراءات الكهروكيميائية المختلفة.
6. تدعم الأقطاب الخاملة ذات القيمة الصناعية. 

الخاتمة

لقد تناولنا هنا بعضًا من أهم التفاصيل حول خمول قطب الجرافيت الكهربائي:

1. تمتلك ثباتاً كيميائياً كبيراً: الأقطاب الكهربائية مقاومة للتفاعلات وتحافظ على درجة عالية من الاستقرار الكيميائي. ولذلك، فهي الخيار الأمثل للتطبيقات الكهروكيميائية.
2. موصلية عالية: تتيح التوصيلية الكهربائية نقل الإلكترونات بفعالية أثناء التفاعلات الكهروكيميائية.
3. مقاومة درجات الحرارة: يعمل الجرافيت بشكل أفضل في البيئات القاسية ويمكنه تحمل درجات الحرارة العالية دون أن يتحلل.
4. تفاعلية ضعيفة: وهو يتجنب التفاعلات الجانبية غير المرغوب فيها بسبب تفاعله الضعيف مع غالبية الشوارد. وهذا يضمن قياسات دقيقة وجديرة بالثقة.
5. التوصيل الحراري: تساعد الموصلية الحرارية القوية للجرافيت في تبديد الحرارة أثناء التفاعلات الكهروكيميائية، مما يزيد من فعاليته.