CALM/arwiki huggingface dataset:
يبين الشكل رسم هرتزبرونغ-راسل الذي تصطف النجوم عليه كرسم بياني طبقا لكتلتها. المحور الأفقي يبين درجة حرارة باطن النجم ويبين المحور الرأسي ضياء النجم. تبدأ مواقع النجوم في تطورها على الخط البياني (النسق الأساسي) طالما يجري فيها الاندماج النووي، وقرب انتهاء الاندماجات النووية فيها تتفرع في فروع جانبية من الخط الأساسي بحسب كتلتها حيث يمثل كل فرع سريانا مختلفا للعمليات النووية الجارية في النجم. من ضمن تلك الفروع نجد في أعلى الرسم تفرعات تطور النجوم ذات كتل أكبر من الشمس، كما نرى في وسط الخط البياني (النسق الأساسي) موقع الشمس (أصفر) وتتفرع منه في فرع يسمى تفرع العملاق الأحمر، وطبقا لهذا الفرع يسير تطور نجم له كتلة مساوية لكتلة الشمس أو يكون أصغر منها. الفرع الأصفر يبين الشمس حيث كتلتها 1 كتلة شمسية، التي ستصبح فيما بعد عملاقا أحمرا بعد انتهاء مرحلة بقائها في النسق الأساسي وتتمدد وتكبر حجما خلال تتبعها للخط الأصفر والذي يسمى عملاق مقارب، وتنتهي عليه في طورها النهائي الذي لا تزال الاندماجات النووية تجري فيها وتشارف على الانتهاء.
النجم في شبابه.
عندما ينضج النجم ويشرف وقوده من الهيدروجين على النهاية يبدأ النجم يخرج من سياق النسق الأساسي، مثل انزياح طيفه إلى اليمين طبقا لمخطط هرتزشبروغ-راسل. يقل الضغط الداخلي فيه بسبب نضوب تفاعلات الاندماج التي تعمل على مقاومة قوة الجاذبية فينكمش قلب النجم بحيث إما أن يبدأ ضغط تحلل المادة بحيث يكفي لمقاومة قوة الجاذبية ويحد توازنا بينهما أو تزداد حرارة قلب النجم إلى درجة تسمح باندماج الهيليوم - عند نحو 100 مليون كلفن. أي من هذان الحدثان يحدث يعتمد على كتلة النجم.
النجوم ذات كتلة صغيرة.
ماذا يحدث عندما يقل إنتاج النجم للطاقة بحيث لا نستطيع رؤيته ؟ يبلغ عمر الكون نجحو 8و13 مليار سنة، وهي فترة زمنية أقل من الفترة التي يحتاجها نجم صغير لاستهلاك وقوده.
النظريات الفلكية الحديثة تفكر في أن نجوما صغيرة مثل قزم أحمر (ذو كتلة نحو 1و0 كتلة شمسية) ربما بقي في النسق الأساسي لمدة بين 6 - 12 ألف مليار سنة، حيث تزداد خلالها درجة حرارته ولمعانه ويحتاج إلى عدة مئات الملايين من السنين لكي ينهار رويدا رويدا ويصبح قزما أبيضا.
تلك النجوم لا تمر بمرحلة العملاق الأحمر ويسير فيها الحمل الحراري بأكملها ولا يمكنها تكوين قلب من الهيليوم تظهر فيه ظاهرة المادة المتحللة ذات غلاف من الهيدروجين يجري الاندماج. وإنما يستمر اندماج الهيدروجين في داخل النجم حتى يتحول كل هيدروجين النجم إلى الهيليوم.
نجوم متوسطة الكتلة.
نجوم ذات كتلة بين 5.0 حتى 10 كتلة شمسية تتحول عند نهاية عمرها إلى عمالقة حمر، وهؤلاء هم نجوم ضخمة لا تتبع النسق الأساسي وتصنيف أطيافها من النوعين K أو M.
تكون العمالقة الحمر منزاحة إلى اليمين بالنسبة لرسم هرتزشبرونج-راسل نظراً للونها الأحمر ولمعانها الشديد. مثال عليها الدبران في كوكبة الثور، ونجم السماك الرامح في كوكبة العواء. العمالقة الحمر لها قلب خامل ويحدث فيها اندماج الهيدروجين في طبقات داخل بعضها البعض، فوق قلب النجم ويحدث فيها اندماج الهيدروجين.
النجوم متوسطة الكتلة تصل إلى مرحلة العمالقة الحمر عن طريق طورين من بعد مغادرتهم النسق الأساسي: فرع العمالقة الحمر التي يتكون قلبها من الهيليوم، ونجوم تفرع النجوم الضخمة التي يتكون قلبها من الكربون. تلك النجوم التي تتبع التفرع النجوم العمالقة فيها طبقات يندمج فيها الهيليوم ويعلو عليها طبقة يندمج فيها الهيدروجين؛ بينما فرع العمالقة الحمر تحتوي على طبقة يندمج فيها الهيدروجين فقط.
وفي كلتا الحالتين يتسبب تسارع عملية اندماج الهيدروجين في طبقاته فوق القلب إلى تمدد النجم. وهذا يعمل على رفع الطبقات الخارجية بعيدا عن القلب، مما يخفض من قوى الجذب عليهم، وتكون النتيجة هو أن تمدد طبقات اندماج الهيدروجين بطريقة أسرع من التمدد الناتج عن زيادة معدل تفاعلات الاندماج. بذلك تتأثر الطبقات العليا للنجم وتبرد شيئا ما، وهذا يزيد من درجة اللون الأحمر للنجم بالنسبة لاحمراره أثناء تواجده في النسق الأساسي.
نجوم كبيرة الكتلة.
بالنسبة إلى النجوم كبيرة الكتلة يكون قلب النجم كبيرا بحيث يحدث اندماج الهيدروجين واندماج الهيليوم قبل حدوث ضغط تحلل المادة الذي هو تحلل للإلكترونات طبقا لمبدأ استبعاد باولي. في بدء عمر النجم كبير الكتلة تكون ضياؤه أشد من ضياء نجم متوسط الكتلة. وعندما يبدأ مبكرا اندماج الهيليوم ويبقى الهيدروجين على طبقته الخارجية ويزاول عملية الاندماج، فيكون لمعان النجم كبير الكتلة لا يختلف كثيرا عن لمعان النجم المتوسط الكتلة؛ إلى أنهم يكونون أشد لمعانا من عملاق أحمر تكوّن من نجم متوسط الكتلة. النجوم كبيرة الكتلة لا تعمر كثيرا حتى تصل إلى مرحلة عملاق أحمر فائق؛ وإنما ينفجرون مبكرا في شكل مستعر أعظم II.
النجوم الكبيرة الحجم وتكون كتلتهم أكبر من نحو 40 كتلة شمسية يكونون شديدي السطوع وتنطلق منهم رياحا نجمية هائلة وسريعة جدا، وتنطلق منهم مادة بكثافة بسبب ضغط الإشعاع الشديد، حتى أنهم يمزقون طبقاهم الخارجية من قبل أن يصلوا إلى مرحلة عملاق أحمر فائق. تلك النجوم يتميزون بدرجة حرارة عالية جدا على السطح ويكون لونهم أزرق-أبيض منذ البداية.
أكبر النجوم كبيرة الكتلة يصل كتلتها بين 100 إلى 150 كتلة شمسية وتتناثر منها المادة رويدا رويدا من على سطحها بسبب ضغط الإشعاع الشديد الآتي من داخلها. وعلى الرغم من أن النجوم متوسطة الكتلة لا تحرق طبقاتها الخارجية سريعا، إلا أنها قد لا تصل إلى مرحلة عملاق أحمر أو عملاق أحمر فائق إذا كانوا في أنظمة ازدواجية، بمعنى أن يتكون النظام من نجمين يدوران حول بعضهما البعض. في تلك الأنظمة المزدوجة وعندما تكون المسافة بين النجمين صغيرة يحدث أن قد يفقد أحدهما طبقته الخارجية ويجتذبها الآخر.
منذ بداية النجم كبير الكتلة تتزايد درجة حرارة قلب النجم وتتزايد كثافتها حيث يتحول اندماج الهيدروجين إلى هيليوم وعناصر أخرى. ولا ينشأ ضغط تحلل الإلكترونات فيها إلى درجة كافية لإيقاف انكماشها وبذلك تستهلك العناصر في قلبها، وتنشأ عن الاندماج المتتالي عناصر أثقل من الهيليوم والكربون والأكسجين وجميع تلك العاصر توالي اندماجها مع بعضها كلما ارتفعت درجة الحرارة في قلبها، فتبقى في حالة توازن بين ضغط الإشعاع الداخلي وقوة الثقالة التي تحاول جمع كل مادة النجم نحو مركزه.
أما في حالة نجم تكون كتلته قد وصلت إلى أقل من 4و1 كتلة شمسية من بعد فقدانه مادة فقد يتكون منه قزم أبيض وربما تحيطه سحابة كوكبية، في تلك الحالة يكون القزم الأبيض من الأكسجين والنيون والمغنسيوم.
فوق كتلة معينة تبلغ نحو 5و2 كتلة شمسية تزداد درجة حرارة باطن النجم أعلى من درجة حرارة قلب نجم متوسط. وعلى سبيل المثال إذا كانت كتلة النجم الابتدائية 10 كتلة شمسية فإن درجة حرارة قلبه تصل إلى نحو 1و1 مليار كلفن، وهي درجة حرارة يمكن أن تحدث عندها انقسام النيون بحيث يتكون منه أكسجين وهيليوم. في تلك الحالة يندمج الهيليوم مع بعض النيون مكونا مغنسيوم؛ وتبدأ عملية اندماج الأكسجين ويتكون الكبريت والسيليكون وبعض العناصر الأخف منهما أيضا. وفي النهاية تصبح درجة الحرارة عالية بشدة يمكن عندها أن تنقسم أي نوايا ذرية وتنتج مها أنوية الهيليوم (جسيمات ألفا)، وعند ذلك يمكن لبعض أنوية الهيليوم أن تتحد مع بعضها ومع عناصر أثقل خلال تفاعلات اندماج نووي.
عندما يكون قلب النجم كبيرا عن حد تحوله إلى قزم أبيض ومع ذلك غير كافيا لمداومة تحول النيون إلى أكسجين ومغنسيوم ينكمش قلب النجم بسبب اصطياد الإلكترونات من قبل الوصول إلى اندماج العناصر الثقيلة. يؤدي اصتياد الإلكترونات في أنوية متوسطة الثقل تكوّن عناصر متوسطة مثل الألمونيوم والصوديوم، وهذا قد يؤدي إلى زيادة في النكماش من قبل حدوث الانهيار النهائي. ومع حدوث الانهيار فهذا يؤثر على نسب العناصر المتولدة خلال الانهيار والمتشتتة في المستعر الأعظم.
اكتشاف المجرة سي أر 7.
في شهر يونيو 2015 أعلن علماء فلك عن اكتشافهم لتجمع نجمي من الجيل الثالث Population III stars
في مجرة بعيدة عنا تسمى مجرة سي أر 7 Cosmos Redshift 7 galaxy حيث وصل انزياحها الأحمر إلى . ويبدو أن تلك النجوم قد كانت موجودة في الكون خلال مرحلة مبكرة من نشأة الكون (بسبب ما يميزها من انزياح أحمر كبير). وهذا يعني أن تلك النجوم كانت قد بدأت في تخليق عناصر أثقل من الهيدروجين في فترة مبكرة من عمر الكون؛ وهي العناصر الثقيلة التي تكونت منها في أوقات لاحقة كواكب وحياة مثلما نعرفه عن تطور النجوم.
اليونيسف ' (The United Nations Children's Fund) وكانت تعرف بالاسم التالي: "United Nations International Children's Emergency Fund" أو منظمة الأمم المتحدة للطفولة. تأسس في 11 كانون الأول / ديسمبر 1946 بفضل تصويت بالإجماع في الدورة الأولى للجمعية العامة للأمم المتحدة. وتقرر وقتئذ أن يقدم صندوق الأمم المتحدة الدولي لرعاية الطفولة، كما كان يعرف آنذاك بتقديم إغاثة قصيرة الأجل للأطفال في فترة ما بعد الحرب العالمية الثانية في أوروبا.
وكانت اليونيسف، كما هي الآن، تموَّل بالكامل من التبرعات، وعندما لُبيت احتياجات أطفال أوروبا فور انتهاء الحرب، واستمرت اليونيسف في عملها بعد الحرب بوصفها منظمة تابعة للأمم المتحدة هي الوكالة الحكومية الوحيدة المكرسة للأطفال على وجه الحصر، والمفوضة من قبل حكومات العالم لتعزيز وحماية حقوق الأطفال ورفاهيتهم. وتشترك منظمات المجتمع المدني، بما فيها الشركاء من المنظمات الدولية غير الحكومية، بشكل كبير في أعمال اليونيسف في 158 دولة تمارس فيها اليونيسف نشاطها. كما يتم التشاور مع المنظمات غير الحكومية في المقر الرئيسي حول صياغة السياسة. وحالياً توظف اليونيسف أكثر من سبعة آلاف شخص يعملون في 155 بلد في سائر أنحاء العالم.
1959 :إنشاء وكالة من أجل الأطفال.
إن الأطفال في مختلف أنحاء العالم يواجهون دوامة مستمرة من المرض والفقر تحبط التنمية العالمية، وكانت مهمة اليونيسف هي مهمة قيمة ولا تزل لا تقدر بثمن. وكانت حجته هي الغالبة : ففي الوقت الذي أصبحت فيه اليونيسف جزءًا دائماً من الأمم المتحدة في عام 1953،كان عمر تلك المنظمة سبع سنوات، حيث كانت تعمل في حوالي 100 بلد.
وفي عام 1959، جاء في إعلان الأمم المتحدة لحقوق الطفل أن ما يعانيه ملايين من الأطفال من جوع وفقر ومرض وتمييز وجهل إنما يشكل انتهاكاً لحقوقهم الأساسية، ومن ثم تغيرت حياة الأطفال إلى الأبد.
1960 – 1979: عقود التنمية.
وتقرر أن تقدم اليونيسف ما هو أكثر من مجرد الإغاثة الإنسانية. وفي الستينات والسبعينات من القرن العشرين أصبحت قضايا التغذية والصحة والتعليم والأسرة مجالات تركيز إضافية لليونيسف. وفي تلك الفترة كان نصف إنفاق اليونيسف يكرس للتعلُّم وأصبحت اليونيسف محط أنظار العالم في سنة 1965 لنيلها جائزة نوبل للسلام
وثبتت فعالية إدخال استراتيجيات غير باهظة التكلفة ـ من قبيل تقديم المغذيات الدقيقة واليود وفيتامين (أ) ومقويات الحديد ـ من أجل إنقاذ الأرواح.
1980 – 1989 : حالة الطوارئ الصامتة.
ورغم عقود من العمل الإنساني، وبحلول عام 1980 توفي حوالي 15 مليون طفل لأسباب يمكن منعها كل عام. ففي هذا الوقت، بدأت ثورة بقاء الطفل على قيد الحياة وهي: فقد بدأ تنظيم ’أيام الهدوء‘ لتحصين الأطفال في المناطق التي تشهد صراعات
وأصبح شعار ’التعليم للجميع‘ صيحة استنفار من أجل التنمية العالمية
ووجد الأطفال والنساء بأن الحروب وأعمال العنف، والانتشار وباء فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز تحاصر حياتهم بدرجة متزايدة.
1990 – 1999 : الإقرار بحقوق الطفل.
وأصبحت اتفاقية حقوق الطفل، التي اعتُمدت في عام 1990 من أكثر المعاهدات الدولية التي اعتُمدت دولياً في التاريخ. وأثناء هذا العقد أيضاً:
ضم مؤتمر القمة العالمي من أجل الطفل أكبر تجمع لقادة العالم
وتُعرِّض النزاعات وأعمال الإبادة الجماعية الأطفال للخطر نتيجة للألغام الأرضية والمجاعة والاتجار بهم، كما أنها تحرمهم من حقهم في أن ينعموا بطفولتهم.
2000 – 2006 : الأطفال يمثلون محور التنمية.
ولقد كانت الأهداف الإنمائية للألفية التي وُضعت في عام 2000 بمثابة مشروع للتنمية العالمية حتى سنة 2015. ومنذ بداية القرن الجديد :
احتلت مشاركة الشباب مركز الصدارة في الدورة الاستثنائية للأمم المتحدة المعنية بالأطفال
وكان لوباء فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز الشامل تأثير على حياة الأطفال لم يكن له مثيل من قبل، مما شكَّل تحديات جديدة فيما يتعلق بالتقدم الاجتماعي.
وما بدأ كتجربة مؤقتة قبل 60 عاماً قد أصبحت اليونيسف الوكالة الرائدة في العالم فيما يتعلق بشؤون الأطفال. واليوم تعمل اليونيسف في أكثر من 190 بلداً، بحيث تعمل مع الناس والشركاء لجعل العالم مكانا أفضل للأجيال القادمة.
وستون عاماً هي مجرد غمضة عين في مسار التاريخ، ولكن في تلك الفترة الزمنية القصيرة أصبح العالم مكاناً مختلفاً تماماً بالنسبة للأطفال. وباسترشادنا بالأهداف الإنمائية للألفية ستواصل اليونيسف تطورها ومواجهة التحديات التي يواجهها الأطفال في عالم معقَّد ومدهش.
منظمة اليونيسف.
تُعد اليونيسف، بتواجدها القوي في 155 دولة، منظمة رائدة في العالم في مجال الدعوة لقضايا الأطفال.
يتمثل جوهر عمل اليونيسف في الأعمال الميدانية، بوجود 126مكتباً قطرياً يقوم بعضها بخدمة عدة دول. ويضطلع كل من هذه المكاتب بمهمة اليونيسف من خلال برنامج تعاون فريد تم إعداده مع الدولة المضيفة. ويركز البرنامج المعد لخمس سنوات على السبل العملية لإحقاق حق المرأة والطفل. ويتم تحليل احتياجاتهم في تقرير عن الحالة الذي يتم إعداده في بداية دورة كل برنامج. وتقوم المكاتب الإقليمية بتوجيه هذا العمل وتوفير المساعدة التقنية إذا دعت الحاجة إلى ذلك. ويعد عمل اليونيسف جزءاً كاملاً من أنشطة الأمم المتحدة في أي بلد.
وتدار المنظمة بصورة عامة من مقرها في نيويورك، حيث تُشكل السياسة العالمية المتعلقة بالأطفال. ومن بين المكاتب المتخصصة شعبة الإمدادات ومقرها كوبنهاغن، التي تعمل على توفير المواد الضرورية من قبيل معظم جرعات اللقاحات التي تنقذ حياة الأطفال في الدول النامية.
وتدير اليونيسف أيضا مركز إينوشنتي للأبحاث في فلورنسا، ومكاتب في اليابان وبروكسل تساعد في جمع التبرعات وإقامة الاتصالات مع صانعي السياسات.
وفي البداية، يسمع الكثير من الناس عن أعمال اليونيسف من خلال أنشطة 37 لجنة وطنية تعمل لصالح اليونيسف. وتقوم المنظمات الغير حكومية هذه بتعزيز حق الطفل، وبجمع الأموال، وببيع المنتجات وبطاقات التهنئة التي تصدرها اليونيسف، وبإقامة شراكات أساسية هامة، وبتقديم أشكال فيّمة أخرى من الدعم. وتقوم هذه اللجان بجمع ثلث موارد اليونيسف.
ومن بين حملات اللجان الوطنية المعروفة حملة "التبرع للأطفال عند دفع الحساب للفنادق"، حيث يتبرع نزلاء الفنادق لصالح اليونيسف بإضافة مبلغ على فاتورة الإقامة في الغرفة عند مغادرة النزيل؛ و"نقود للخير" التي تُمّكن ركاب الخطوط الجوية الدولية من التبرع بما تبقى معهم من عملات معدنية وورقية أجنبية؛ وحملة "Trick or Treat" لجمع التبرعات في عيد القديسين، حيث يقوم ملايين الأطفال في الولايات المتحدة وكندا والمكسيك وأيرلندا بجمع الأموال لصالح اليونيسف.
وتقدم صناديق التبرعات الدعم الكامل لليونيسف. وتساهم الحكومات بتوفير ثلثي مواردنا. كما تساهم المجموعات الخاصة وقرابة 6 ملايين شخص بتوفير ما تبقى من موارد عن طريق لجاننا الوطنية.
ويقوم المجلس التنفيذي المؤلف من 36 عضوا من ممثلي الحكومات بمراقبة وتوجيه جميع أعمال اليونيسف. إذ يقوم أعضاء المجلس بإعداد السياسات العامة والموافقة على البرامج، وإقرار الخطط الإدارية والمالية، والميزانية. وينتخب المجلس الاقتصادي والاجتماعي أعضاء المجلس لمدة ثلاث سنوات عادة.
المجلس التنفيذي هو هيئة حاكمة لليونيسف. ويعتبر أعضاؤه الستة والثلاثون الذين يعملون بتوافق الآراء، مسؤولين عن الإشراف على الأنشطة التي تقوم بها اليونيسف، والموافقة على سياسات المنظمة، والبرامج القطرية والميزانيات. ويتم تنسيق أعمال المجلس بواسطة المكتب ـ الرئيس وأربعة من نواب الرئيس ـ الذين يمثلون المجموعات الخمس الإقليمية للدول الأعضاء في الأمم المتحدة (أفريقيا، آسيا، أوروبا الشرقية، أمريكا اللاتينية ومنطقة الكاريبي وأوروبا الغربية ودول أخرى).
وفى عام 2006، سيعقد المجلس التنفيذي ثلاث دورات:
الدورة العادية الأولى ـ 16-20، 23 كانون الثاني/ يناير (وتشمل الاجتماع المشترك مع برنامج الأمم المتحدة الإنمائي/ صندوق الأمم المتحدة للسكان، والمجلس التنفيذي لبرنامج الغذاء العالمي، يومي 23 و 26 كانون الثاني/ يناير)
الدورة السنوية ـ 5- 9 حزيران/ يونيو الدورة العادية الثانية ـ 5- 8 أيلول/ سبتمبر
وفى نهاية كل سنة، يعتمد المجلس التنفيذى برنامج عمله للسنة التالية. واستنادا إلى هذا البرنامج، وقبل كل دورة، تعد أمانة اليونيسف تقارير من أجل تيسير مناقشات المجلس لكل بند من بنود جدول الأعمال. وتصدر هذه التقارير كوثائق رسمية للأمم المتحدة.
تعمل اليونيسف مع شركائها وداعميها لبناء عالم أفضل لكل الأطفال. والآن يمكنك دعوة بعض أطفال العالم إلى منزلك أو مكتبك من خلال شاشة توقف اليونيسف الجديدة
وتحتوي هذه الشاشة على اثنتي عشرة صورة جذابة تظهر مدى اختلاف وقوة الأطفال الذين تعمل معهم اليونيسف: ففيها يظهر الأطفال وهم يلعبون ساعة الغروب في كمبوديا...وتتجمع البنات البيروفية في المدرسة...وينظر الطلاب الصغار في ليبيريا إلى أعلى وتملأ الابتسامات وجوههم ومعهم ألواحهم...ويلعب الأطفال كرة القدم في ألبانيا...كل ذلك وغيره من الصور المفعمة بالحيوية يذكرك بأننا معًا نستطيع دفع الإنسانية إلى الأمام ويوجد ويفر باسم المؤسسة (ويفر اليونسيف)
البعث: في الدين هو نشور البشر وخروجهم من القبر يوم القيامة:
كما قد يشير المصطلح إلى:
الكيمياء الكهربية أو الكيمياء الكهربائية أحد فروع الكيمياء تدرس التفاعلات الحادثة عند سطوح الموصلات الكهربائية (مثل الإلكترودات المؤلفة من المعادن) وأشباه الموصلات (مثل الغرافيت) والمحاليل الشاردية مثل الكهارل.
إذا استطاع تفاعل كيميائي أن يتم بفضل جهد كهربائي أو استطاع التفاعل أن يولد جهدا كهربائيا كما في حالة البطاريات، عندها يسمى مثل هذا التفاعل إلكتروكيميائي. وبشكل عام تتم الكيمياء الكهربائية عن طريق تفاعلات كيميائية من نوع تفاعل أكسدة-اختزال. بشكل منفصل تفصل بينهما مسافة معينة يتم خلالها انتقال للالكترونات مما يتيح فرصة لتشكل جهد كهربائي وتيار كهربائي. أما انتقال الشحنة المباشر من جزيئ إلى آخر فلا يدخل في نطاق الكيمياء الكهربائية.
تعد جميع التفاعلات الكيميائية ذات طبيعة كهربية.و الكيمياء الكهربية في حقيقتها دراسة لظواهر الأكسدة والاختزال حيث تتناول دراسة التحول المتبادل بين الطاقة الكيميائية والكهربية ضمن إطار تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تشكل قسمًا هامًا جدًا من التفاعلات الكيميائية
عندما يقترن تفاعل كيميائي بمرور تيار كهربائي تكون تلك العملية عملية كهروكيميائية. فإما أن يكون تفاعل اختزال بسبب جهد كهربائي موصول به من الخارج (كما في تحليل كهربائي) ، أو ينشأ التيار الكهربائي من تفاعل كيميائي بين مواد مناسبة تكوّن جهدا كهربائيا (كما في خلية جلفانية). تلك الجهود الكهربائية التي هي من خصائص المواد المختلفة نجدها مدونة في قائمة الجهود القياسية. ولا يعتبر مجرد انتقال الإلكترونات بين جزيئات أو أيونات أو ذرات من العمليات الكهروكيميائية، ولكن من صفة العمليات الكهروكيميائية أنها تتميز بفصل مكان جريان تفاعل أكسدة وجريان تفاعل اختزال.
تجري تفاعلات الأكسدة والاختزال المميزة للكيمياء الكهربائية على السطح الفاصل بين القطب والكهرل. ولهذا يمكن تعريف الكيمياء الكهربائية بأنها علم العمليات التي تتم عل الأسطح الفاصلة بين أطوار مختلفة ، أي بين قطب وكهرل.
اكتشاف الكيمياء الكهربائية.
كانت بحوث تشريح الضفدعة للعالم الإيطالي لويجي جلفاني هي المؤدية إلى اكتشاف ظاهرة الكيمياء الكهربية : تتقلص عضلات رجل الضفدعة عنما تتلامس أسلاك من معدنين مختلفين ملامسين لرجل الضفدعة. بعد ذلك استطاع أليساندرو فولتا في عام 1799 اختراع أول بطارية . فكانت البطارية هي أول مصدر - قبل اختراع توليد الكهرباء بواسطة مولد كهربائي للتيار الكهربائي ، ساعدت فيما بعد على اكتشافات عظيمة ، وكذلك اكتشاف وتحضير الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم وسترونشيوم والكالسيوم والمغنسيوم وخلال السنوات 1807 / 1808 عن طريق العالم "همفري ديفي".
تمكن العالم الألماني "يوهان فيلهيلم ريتر " خلال القرن الثامن عشر من القيام ببحوث عن الجلفانية واخترع أول مركم. ثم جاء ميشيل فاراداي وأدخل الاصطلاحات قطب Elektrode , وكهرل electrolyt ، مصعد Anode ومهبط Kathode وأنيون Anion واكتشف عام 1832 قوانين فاراداي عن التحليل الكهربائي.
وحصل العالم ياروسلاف هيروفيسكي عام 1959 على جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافه طريقة تحليل كهروكيميائية ، التصوير القطبي.
خلال الأعوام 1887/1894 اكتشف "فلهيلم أوستفالد " الألماني أن الخلية الكهربائية لا بد وأن يكون لها مستقبلا كبيرا. ومن ضمن انجازات القرن العشرين كانت خلية الوقود بالفعل جهازا مهما ، ووجد تطبيقه في غزو الفضاء : ففي برنامج أبولو حيث هبط الإنسان على سطح القمر عام 1969 استخدمت خلايا وقود تعمل بالهيدروجين ، كانت تحضر رواد الفضاء ماء الشرب.كذلك استخدمت خلال الوقود في مكوك الفضاء لتزويده التيار الكهربائي.
وفي وقتنا الحالي والمستقبل ستطبق خلايا الوقود في إنتاج الطاقة الكهربائية بشكل واسع لتخلف النفط والفحم ، وكذلك في تسيير السيارات الكهربائية.
تعبر الأكسدة والاختزال عن تغير حالة تأكسد تحدث للذرة أو لأيون أو جزيئ داخل في تفاعل كيميائي. فاصطلاح "تأكسد" معناه اكتساب ذرة "لشحنة كهربائية" في حالة أن تكون جميع رابطة روابطها بذرات أخرى من نوع رابطة أيونية بنسبة 100%. والذرة أو الأيون الذي يعطي إلكترون إلى ذرة أو أيون آخر تزداد حالة اكسدتها ، والذرة المستقبلة للإلكترون تنخفض حالة أكسدتها. فالأكسدة والاختزال تجريان في آن واحد ويسمى ذلك تفاعل أكسدة-اختزال (بالإنجليزية redox reaction ).
وعلى سبيل المثال ، عندما تتفاعل درة صوديوم مع ذرة كلور ، يعطي الصوديوم إلكترون واحد ويصل إلى حالة أكسدة +1. وتكتسب ذرة الكلور ذلك الإلكترون وتنخفض درجة أكسدتها بمقدار -1. وتعادل إشارة حالة الأكسدة (موجبة/أو سالبة) قيمة الشحنة الكهربية لكل أيون. ويرجع تكوين الرابطة الأيونية بين ذرة الصوديوم وذرة الكلور إلى تجاذب شحنتيهما المختلفتين.
افتقاد ذرة لإلكترونات يسمى "أكسدة" واكتساب ذرة أو جزيئ لإلكترونات هو "الاختزال" .
الأكسجين هو عامل الأكسدة المعتاد ، لكنه ليس الوحيد. وعلى الرغم من التسمية ، فلا يحتاج تفاعل الأكسدة إلى الأكسجين دائما. فعلى سبيل المثال , يمكن اشعال النار بمادة مؤكسدة أخرى غير الأكسجين مثل الفلور ، وحتى حينما تشتعل النار بالفلور فيصعب إطفاؤها. ذلك بسبب أن الفلور يعتبر مادة مؤكسدة أشد من الأكسجين ، حيث يمتلك سالبية كهربية أعلى من السالبية الكهربية للأكسجين.
الخلايا الكهروكيميائية.
الخلايا الكهروكيميائية هي خلايا تقوم بتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية أو العكس، نتيجة لحدوث عدد من تفاعلات الأكسدة والاختزال في الخلايا. من ضمن تلك الخلايا خلية جلفانية أو الخلية الفولتية المسميتان باسم صاحب كل منهما وهما العالمين لويجي جلفاني وإليساندرو فولتا. وقد قام هذان العالمان الإيطالييان بعدة تجارب وبحوث في التفاعلات الكيميائية وإنتاج التيار الكهربائي خلال القرن الثامن عشر.
وتحوي الخلية الكهروكيميائية قطبين موصلين للكهرباء (يسميان مصعد ومهبط). ويعرف المصعد بأنه القطب الذي يحدث عليه أكسدة عند تغطيسه في كهرل، والمهبط هو القطب الذي يجرى عليه عملية اختزال، وهويكون أيضا غاطسا في كهرل. تنتج الخلية الكهربية عندما نوصل بين القطبين فيسير تيار إلكترونات في خارج الخلية، كما يسير تيار أيونات داخل الخلية في الكهرل. ويمكن استخدام أنواعا عديدة من الأقطاب فقد تكون معادن أو شبه الموصلات أو الجرافيت وحتى مكثور موصل للكهرباء conductive polymer. ويوجد بين القطبين كهرل يحتوي على أيونات يمكنها الحركة لتكملة "الدائرة".
تستخدم الخلية الجلفانية قطبين من معدنين مختلفين، وكل منهما غاطس في كهرل. وبحسب نوع معدن القطب سيتأكسد أحدهما (مكونا المصعد anode) ويختزل القطب الآخر مكونا المهبط cathode. سيتأكسد معدن المصعد حيث تتغير بعض ذراته من حالة الأكسدة 0 (في المادة الصلبة) إلى حالة أكسدة موجبة ويصبح أيونا. أما على المهبط، يأتي الأيون المتحرر من المصعد خلال الكهرل يكتسب إلكترونا من المهبط، وتنخفض حالة أكسدة الأيون إلى 0. يتعادل الأيون ويترسب على سطح المهبط. ويجب توصيل القطبين ببعضهما بواسطة سلك من الخارج فيسمح بمرور الإكترونات المتجمعة على المصعد للاقتران بالأيونات على سطح المهبط. مرور الإكترونات هذا هو مرور تيار كهربائي، يمكن استغلاله في أداء شغل، مثل تحريك محرك أو إضاء لمبة.
الخلية الجلفانية التي تستخدم قطبين من الزنك والنحاس ، الزنك غاطس في محلول سلفات الزنك والنحاس غاطس في محلول سلفات النحاس تسمى خلية دانيال.
يجري على القطبين في خلية دانيان نصفي التفاعل الآتيين:
يفقد الزنك إلكترونات (يتأكسد الزنك) مكونا أيونات زنك تذهب إلى المحلول ، وتكتسب أيونات النحاس من قطب النحاس إلكترونات وتترسب على نحاس المهبط. وكما نرى يجري تيار كهربائي من المصعد إلى المهبط من ذاته خلال السلك خارج الخلية.
يمكن من الوجهة الترموديناميكية عكس العملية عن طريق توصيل القطبين بمصدر خارجي قوي للتيار الكهربائي فيترسب زنك على المصعد (قطب الزنك) وتتكون أيونات نحاس من قطب النحاس تذهب إلى المحلول.
لكي تكتمل الدائرة الكهربائية في خلية دانيال يجب عمل قنطرة توصل بين كهارل المصعد والمهبط تمر خلالها الأيونات في المحلولين. وتعمل القنطرة إلى حد ما على عدم اختلاط المحلولين ، بل تسمح فقط بمرور الأيونات. كما يمكن عمل القنطرة من ملح مذاب في هلام . وبينما تمر الإلكترونات في السلك خارج الخلية في الاتجاه من الزنك إلى قطب النحاس تسير الأيونات الموجبة الشحنة في المحلول في عكس الاتجاه ، وتكتمل الدائرة.
ويمكن بواسطة فولتمتر قياس فرق الجهد الكهربائي بين المصعد والمهبط. ويسمى هذا الجهد الكهربائي الذي يقيسه الفولتمتر القوة الدافعة الكهربية.
صيغة خلية دانيال.
يمكن كتابة صيغة خلية دانيال لتتبع مرور إلكترونات الخلية الكهروكيميائية كالآتي:
نبدأ بكتابة المعدن الذي يكوّن المصعد (Zn(s ، وتعني s صلب من كلمة solid. ويفصلها عن صورتها المؤكسدة خطا رأسيا الذي يمثل السطح بين الطور الصلب والطور السائل (سطح تغير الأكسدة). ثم نكتب خطين رأسيين يمثلان القنطرة الملحية بين نصفي الخلية. ثم نكتب الصورة المؤكسدة لمعدن المهبط (أيونات النحاس) في كهرل ، ويفصلها عن لوح النحاس خطا رأسيا [النحاس في صورته المختزلة] (Cu(s.
كما نعطي تركيز المحلولين في الصيغة - وكل منهما في هذا المثال 1 مول - حيث أن تركيز المحلولين مهم في تحديد جهد الخلية.
خلال عمل خلية كهروكيميائية تتحول طاقة كيميائية إلى طاقة كهربائية ونحسبها بحاصل ضرب القوة الدافعة الكهربائية في كمية الشحنة الكهربية المارة خارج الخلية.
حيث الشغل معُرف هنا كشغل موجب الإشارة ، أي شغل مؤدى على النظام. وقد اتفق العلماء على أن يكون الشغل ذو إشارة موجبة إذا كان الشغل مؤدى على النظام ، ويكون الشغل سالبا الإشارة إذا كان الشغل ناتجا من النظام (كما هو الحال في معادلتنا هنا) ، يمكننا الاسفادة بالشغل الناتج ، مثلا لإنارة لمبة.
حيث n يساوي عدد المولات من الإلكترونات.
يُنتج جهد موجب الإشارة تغيرا سالبا في طاقة غيبس الحرة ، وهذا اصطلاح بين العلماء في تحديد إن كان الشغل مؤدى من الخارج على النظام أو أن الشغل يؤديه النظام وينشره خارج النظام. وعندما يكون جهد الخلية موجبا الشحنة يكون مقترنا بتيار كهربائي من المهبط إلى المصعد خلال السلك خارج الخلية. وفي حالة التغلب على تيار الخلية عن طريق توصيلها بمصدر جهد أكبر خارجي ، فيمر فيها تيار كهربائي في عكس الاتجاه ، عندئذ نكون قد أدينا شغلا في في الخلية ، ونتحدث في تلك الحالة عن "عملية تحليل كهربائي".
ويمكن بواسطة تفاعل كيميائي كهربائي ذاتي (وهو تغير في طاقة جيبس الحرة أقل من الصفر) توليد تيار كهربائي في خلية كهروكيميائية. وهذا هو مبدأ جميع البطاريات وخلايا الوقود. ومثلا ، يمكن اتحاد غاز الأكسجين O2 وغاز الهيدروجين H2 في خلية وقود فيتكون ماء وتنتشر طاقة عن هذا التفاعل (تفاعل ناشر للحرارة) ، وهو مثال ينتج طاقة كهربائية وطاقة حرارية في نفس الوقت.
وعلى العكس بالنسبة إلى تفاعل كهروكيميائي غير ذاتي ، فيمكن تسييره عن طريق توصيله بمصدر كهربائي ذو جهد كهربائي. فيحدث تحليل كهربائي للماء ، وينفصل غاز الأكسجين عن غاز الهيدروجين.
العلاقة بين ثابت التوازن "K" وطاقة جيبس الحرة لخلية كهروكيميائية هي كالآتي:
ويمكن كتابة المعادلة السابقة باللوغاريتم العشري ونحصل على القوة الدافعة الكهربائية للخلية :
جهد القطب القياسي.
[مقال رئيسي : جهد قياسي]
أنشئت جداول تحتوي على الجهد القياس لأقطاب من المواد المختلفة يمكن بواسطتها حساب جهد خلية مؤلفة من قطبين من مواد مختلفة. بقد أخذ جهد الهيدروجين كمرجع لمعايرة باقي المواد ، ويسمى قطب قياسي للهيدروجين. يجري القطب القياسي للهيدروجين التفاعل التالي: