SAUSAIS ELEMENTS: STRUKTŪRA UN DARBĪBA - ĶĪMIJA - 2025

Sausa šūna ir baterija, kura elektrolītiskos medijs sastāv no pastas, nevis risinājumu. Minētajai pastai tomēr ir noteikts mitruma līmenis, un šo iemeslu dēļ tā nav stingri sausa.

Neliels ūdens daudzums ir pietiekams, lai joni varētu kustēties un attiecīgi - elektronu plūsma šūnas iekšienē.

Avots: Emīlija Roberta Vikola, izmantojot Flickr.

Tā milzīgā priekšrocība salīdzinājumā ar pirmajām mitrajām baterijām ir tā, ka tā ir elektrolītiska pasta, tāpēc tās saturu nevar izlīt; kas notika ar slapjām baterijām, kuras bija bīstamākas un delikātākas nekā to sausās baterijas. Ņemot vērā noplūdes neiespējamību, sauso elementu var izmantot daudzās pārnēsājamās un mobilajās ierīcēs.

Augšējā attēlā ir sausa cinka-oglekļa baterija. Precīzāk, tā ir Georges Leclanché steka modernā versija. Tas ir visizplatītākais un, iespējams, vienkāršākais.

Šīs ierīces rada enerģijas ērtības, jo kabatā ir ķīmiskā enerģija, ko var pārveidot par elektrību; un šādā veidā, neatkarīgi no enerģijas kontaktligzdām vai enerģijas, ko piegādā lielas spēkstacijas un to plašais torņu un kabeļu tīkls.

Sauso šūnu struktūra

Kāda ir sausas šūnas struktūra? Attēlā jūs varat redzēt tā apvalku, kas nav nekas cits kā polimēra plēve, tērauds, un abas spailes, kuru izolācijas paplāksnes izvirzītas no priekšpuses.

Tomēr tas ir tikai tā ārējais izskats; Tās iekšpusē atrodas tās vissvarīgākās daļas, kas garantē tās pareizu darbību.

Katram sausajam elementam būs savas īpašības, bet tiks ņemta vērā tikai cinka-oglekļa šūna, kuras vispārīgo struktūru var ieskicēt visām pārējām baterijām.

Akumulators tiek saprasts kā divu vai vairāku akumulatoru savienība, un pēdējie ir volta elementi, kā tiks paskaidrots nākamajā sadaļā.

Elektrodi

Avots: Wikipedia

Augšējā attēlā parādīta cinka-oglekļa akumulatora iekšējā struktūra. Neatkarīgi no tā, kāda ir voltātiskā šūna, vienmēr vajadzētu būt (parasti) diviem elektrodiem: vienam, no kura izdalās elektroni, un otram, kas tos saņem.

Elektrodi ir elektrību vadoši materiāli, un, lai būtu strāva, abiem jābūt ar atšķirīgu elektronegativitāti.

Piemēram, cinks, balta alva, kas apņem akumulatoru, ir tas, kur elektroni aiziet uz elektrisko ķēdi (ierīci), kur tas ir pievienots.

No otras puses, visā barotnē ir grafīta oglekļa elektrods; arī iegremdēts pastā, kas sastāv no NH ₄ Cl, ZnCl ₂ un MnO ₂ .

Šis elektrods saņem elektronus. Ņemiet vērā, ka tam ir simbols “+”, kas nozīmē, ka tas ir pozitīvs akumulatora spailis.

Termināļi

Kā redzams attēlā virs grafīta stieņa, ir pozitīvs elektriskais spailis; un zemāk iekšējais cinka kanns, no kura plūst elektroni, negatīvais spailis.

Tāpēc baterijas ir apzīmētas ar “+” vai “-”, lai norādītu pareizo veidu, kā tās savienot ar ierīci un tādējādi ļautu tai ieslēgties.

Smiltis un vasks

Lai arī tā nav parādīta, pastas aizsargā ar bufera smiltīm un vaska blīvējumu, kas novērš tās izšļakstīšanos vai nonākšanu saskarē ar tēraudu nelielā mehāniskā iedarbībā vai satricinājumā.

Darbojas

Kā darbojas sausa kamera? Sākumā tas ir voltaic elements, tas ir, tas ģenerē elektrību ķīmisku reakciju rezultātā. Tāpēc šūnās notiek redoksreakcijas, kurās sugas iegūst vai zaudē elektronus.

Elektrodi kalpo kā virsma, kas atvieglo un ļauj attīstīt šīs reakcijas. Atkarībā no to lādiņiem var notikt sugu oksidācija vai reducēšanās.

Lai to labāk saprastu, tiks izskaidroti tikai cinka-oglekļa akumulatora ķīmiskie aspekti.

Cinka elektrodu oksidēšana

Tiklīdz elektroniskā ierīce ir ieslēgta, akumulators atbrīvos elektronus, oksidējot cinka elektrodu. To var attēlot ar šādu ķīmisko vienādojumu:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Ja metālu ieskauj daudz Zn ²⁺ , rodas pozitīvs lādiņa nobīde, tāpēc turpmāka oksidēšanās nenotiks. Tāpēc Zn ²⁺ jāizkliedējas caur pastu katoda virzienā, kur elektroni ieies atpakaļ.

Kad elektroni ir aktivizējuši artefaktu, viņi atgriežas pie otra elektrodu: grafīta, lai atrastu dažas ķīmiskas sugas, kas to “gaida”.

Amonija hlorīda reducēšana

Kā jau iepriekš minēts, makaronos ir NH ₄ Cl un MnO ₂ - vielas, kas padara to skābo pH. Tiklīdz elektroni iekļūs, notiks šādas reakcijas:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Divi produkti, amonjaks un molekulārais ūdeņradis, NH ₃ un H ₂ , ir gāzes, un tāpēc tie var "uzbriest" akumulatoram, ja tie netiek pakļauti citām pārvērtībām; piemēram, šādus divus:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Ņemiet vērā, ka amonjaks tika reducēts (ieguva elektronus), lai kļūtu par NH ₃ . Pēc tam šīs gāzes neitralizēja citi pastas komponenti.

²⁺ komplekss atvieglo Zn ²⁺ jonu difūziju katoda virzienā un tādējādi novērš šūnas “apstāšanos”.

Ierīces ārējā ķēde darbojas kā tilts elektroniem; pretējā gadījumā starp cinka kannu un grafīta elektrodu nekad nebūs tieša savienojuma. Struktūras attēlā šī shēma attēlo melno kabeli.

Lejupielādēt

Sauso elementu ir daudzos variantos, izmēros un darba spriegumā. Daži no tiem nav atkārtoti uzlādējami (primārie voltaic elementi), bet citi ir (sekundārie voltaic elementi).

Cinka-oglekļa akumulatora darba spriegums ir 1,5 V. Viņu formas mainās, pamatojoties uz to elektrodiem un elektrolītu sastāvu.

Pienāks brīdis, kad viss elektrolīts ir reaģējis, un neatkarīgi no tā, cik cinks oksidējas, nebūs sugu, kas uztver elektronus un veicina to izdalīšanos.

Turklāt tas var būt gadījums, kad izveidotās gāzes vairs netiek neitralizētas un paliek pakļautas spiedienam šūnu iekšpusē.

Cinka-oglekļa baterijas un citas baterijas, kas nav uzlādējamas, ir jāpārstrādā; jo tā komponenti, īpaši niķeļa un kadmija komponenti, ir kaitīgi videi, piesārņojot augsni un ūdeņus.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
3. Baterija "Dry-Cell". Atgūts no: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hofmans S. (2014. gada 10. decembris). Kas ir sausa baterija? Atgūts no: upsbatterycenter.com
5. Nezāle, Džefrijs. (2017. gada 24. aprīlis). Kā darbojas sauso elementu baterijas? Zinātne. Atgūts no: sciencing.com
6. Vudfords, Kriss. (2016) Baterijas. Atgūts no: skaidrointhatstuff.com.