Δομή και λειτουργία της ξηρής κυψελίδας



Ένα ξηρό κύτταρο είναι μια μπαταρία του οποίου το ηλεκτρολυτικό μέσο αποτελείται από μια πάστα και όχι από μια λύση. Αυτή η πάστα, ωστόσο, έχει ένα ορισμένο επίπεδο υγρασίας, και γι 'αυτούς τους λόγους δεν είναι απολύτως ξηρό.

Η μικρή ποσότητα νερού είναι αρκετή για να μετακινηθούν τα ιόντα και επομένως η ροή των ηλεκτρονίων μέσα στο σωρό.

Το τεράστιο πλεονέκτημά του έναντι των πρώτων υγρών σωρών είναι ότι, δεδομένου ότι πρόκειται για ηλεκτρολυτική πάστα, το περιεχόμενό της δεν μπορεί να χυθεί. κάτι που συνέβη με υγρές μπαταρίες, οι οποίες ήταν πιο επικίνδυνες και ευαίσθητες από τους ξηρούς ομολόγους τους. Δεδομένης της αδυναμίας διαρροών, το ξηρό κύτταρο βρίσκει χρήση σε αριθμούς φορητών και κινητών συσκευών.

Στην παραπάνω εικόνα έχετε μια ξηρή μπαταρία ψευδαργύρου-άνθρακα. Πιο συγκεκριμένα, είναι μια σύγχρονη έκδοση της στοίβας Georges Leclanché. Από όλα, είναι το πιο κοινό και ίσως το πιο απλό.

Αυτές οι συσκευές αντιπροσωπεύουν μια ενεργειακή άνεση που οφείλεται στο να έχετε στην τσέπη σας χημική ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια. και με αυτό τον τρόπο, δεν εξαρτάται από το ρεύμα ή την ενέργεια που παρέχεται από τις μεγάλες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και το τεράστιο δίκτυο πύργων και καλωδίων.

Ευρετήριο

  • 1 Δομή ξηρού κυττάρου
    • 1.1 Ηλεκτρόδια
    • 1.2 Τερματικά
    • 1.3 Άμμος και κερί
  • 2 Λειτουργία
    • 2.1 Οξείδωση του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου
    • 2.2 Μείωση του χλωριούχου αμμωνίου
    • 2.3 Λήψη
  • 3 Αναφορές

Δομή ξηρού κυττάρου

Ποια είναι η δομή ενός ξηρού κυττάρου; Εικόνα μπορεί να δει το κάλυμμα, το οποίο δεν είναι παρά ένα πολυμερές φιλμ, χάλυβα, και τα δύο τερματικά τα οποία προεξέχουν από το μέτωπο ροδέλες.

Ωστόσο, αυτή είναι μόνο η εξωτερική εμφάνισή του. στο εσωτερικό του βρίσκονται τα πιο σημαντικά μέρη του, τα οποία εξασφαλίζουν την καλή λειτουργία του.

Κάθε ξηρό στοιχείο θα έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, αλλά θα λαμβάνεται υπόψη μόνο η μπαταρία ψευδαργύρου-άνθρακα, από την οποία μπορεί να σχηματοποιηθεί μια γενική δομή για όλες τις άλλες μπαταρίες..

Η μπαταρία δύο ή περισσοτέρων μπαταριών νοείται ως μία μπαταρία και οι τελευταίες είναι βολταϊκά κύτταρα, όπως θα εξηγηθεί σε μια επόμενη ενότητα.

Ηλεκτρόδια

Η εσωτερική δομή μιας μπαταρίας ψευδαργύρου-άνθρακα εμφανίζεται στην πάνω εικόνα. Όποια και αν είναι η βολταϊκή κυψέλη, πρέπει πάντα να υπάρχουν (συνήθως) δύο ηλεκτρόδια: ένα από το οποίο απελευθερώνονται ηλεκτρόνια και ένα άλλο που τα δέχεται.

Τα ηλεκτρόδια είναι αγώγιμα υλικά ηλεκτρικού ρεύματος και για να υπάρχει ρεύμα, και τα δύο πρέπει να έχουν διαφορετικές ηλεκτροαρνησίες.

Για παράδειγμα, ο ψευδάργυρος, λευκός κασσίτερος που περικλείει την μπαταρία, είναι όπου τα ηλεκτρόνια αναχωρούν από το ηλεκτρικό κύκλωμα (συσκευή) όπου συνδέεται.

Από την άλλη πλευρά, σε όλο το μέσο είναι το ηλεκτρόδιο άνθρακα γραφίτη. επίσης βυθισμένο σε μια πάστα αποτελούμενη από NH4Cl, ZnCl2 και MnO2.

Αυτό το ηλεκτρόδιο είναι εκείνο που λαμβάνει τα ηλεκτρόνια και παρατηρούμε ότι έχει το σύμβολο '+', που σημαίνει ότι είναι ο θετικός ακροδέκτης της μπαταρίας.

Τερματικά

Όπως φαίνεται παραπάνω, η ράβδος γραφίτη στην εικόνα, υπάρχει ο θετικός ηλεκτρικός ακροδέκτης. και παρακάτω, από το εσωτερικό δοχείο ψευδαργύρου από το οποίο ρέουν τα ηλεκτρόνια, το αρνητικό τερματικό.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μπαταρίες φέρουν σημάδια "+" ή "-" για να υποδείξουν τον σωστό τρόπο σύνδεσης τους με τη συσκευή και, επομένως, επιτρέψτε την ενεργοποίησή της.

Άμμος και κερί

Αν και δεν φαίνεται, η πάστα προστατεύεται από μια άμμο απόσβεσης και σφραγίδα κεριών που αποτρέπει, να ήπια ανάδευση ή μηχανική κρούση, χύσιμο ή επαφής με το χάλυβα.

Λειτουργία

Πώς λειτουργεί ένα ξηρό κύτταρο; Αρχικά, είναι ένα βολταϊκό κύτταρο, δηλαδή παράγει ηλεκτρισμό από χημικές αντιδράσεις. Επομένως, οι οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις εμφανίζονται μέσα σε σωρούς, όπου τα είδη κερδίζουν ή χάνουν ηλεκτρόνια.

Τα ηλεκτρόδια χρησιμεύουν ως επιφάνεια που διευκολύνει και επιτρέπει την ανάπτυξη αυτών των αντιδράσεων. Ανάλογα με τα φορτία τους, μπορεί να συμβεί οξείδωση ή μείωση του είδους.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτό, θα εξηγήσουμε μόνο τις χημικές πτυχές που περικλείει ο σωρός ψευδαργύρου-άνθρακα.

Οξείδωση του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου

Μόλις η ηλεκτρονική συσκευή είναι ενεργοποιημένη, η μπαταρία θα απελευθερώσει τα ηλεκτρόνια με την οξείδωση του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου. Αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί από την ακόλουθη χημική εξίσωση:

Zn => Zn2+ + 2ε--

Αν υπάρχει πολλή Zn2+ γύρω από το μέταλλο, θα υπάρξει θετική πόλωση φορτίου, επομένως δεν θα υπάρξει περαιτέρω οξείδωση. Ως εκ τούτου, το Zn2+ πρέπει να διαχέονται μέσω της πάστας στην κάθοδο, όπου τα ηλεκτρόνια θα επιστρέψουν.

Τα ηλεκτρόνια από τη στιγμή που έχετε ενεργοποιήσει τη συσκευή, επιστρέψτε στο άλλο ηλεκτρόδιο: το γραφίτη για να καλύψουν κάποια χημικά είδη «τον περιμένει».

Μείωση του χλωριούχου αμμωνίου

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στα ζυμαρικά υπάρχει ΝΗ4Cl και MnO2, ουσίες που μετατρέπουν το pH τους στο όξινο. Μόλις εισέλθουν τα ηλεκτρόνια, θα εμφανιστούν οι ακόλουθες αντιδράσεις:

2ΝΗ4+ + 2ε- => 2ΝΗ3 + H2

Τα δύο προϊόντα, αμμωνία και μοριακό υδρογόνο, ΝΗ3 και Η2, είναι αέρια, και ως εκ τούτου μπορούν να "διογκώσουν" το σωρό εάν δεν υποστούν άλλους μετασχηματισμούς. όπως για παράδειγμα, τα ακόλουθα δύο:

Zn2+ + 4NH3 => [Ζη (ΝΗ3)4]2+

H2 + 2MnO2 => 2MnO (OH)

Σημειώστε ότι το αμμώνιο μειώθηκε (κέρδη ηλεκτρόνια) για να γίνει NH3. Ακολούθως, αυτά τα αέρια εξουδετερώθηκαν από τα άλλα συστατικά της πάστας.

Το σύμπλοκο [Ζη (ΝΗ3)4]2+ διευκολύνει τη διάχυση των ιόντων Zn2+ προς την κάθοδο και έτσι να αποτρέπεται η "παύση" της μπαταρίας,.

Το εξωτερικό κύκλωμα της συσκευής λειτουργεί ως γέφυρα για τα ηλεκτρόνια. διαφορετικά, δεν θα υπήρχε ποτέ άμεση σύνδεση μεταξύ του δοχείου ψευδαργύρου και του ηλεκτροδίου γραφίτη. Στην εικόνα της δομής, το εν λόγω κύκλωμα θα ερχόταν να αντιπροσωπεύει το μαύρο καλώδιο.

Λήψη

Οι ξηρές μπαταρίες έχουν πολλές παραλλαγές, μεγέθη και τάσεις εργασίας. Μερικά από αυτά δεν είναι επαναφορτιζόμενα (πρωτογενή βολταϊκά κύτταρα), ενώ άλλα είναι (δευτερεύοντα βολταϊκά κύτταρα).

Η μπαταρία ψευδαργύρου-άνθρακα έχει τάση λειτουργίας 1.5V. Τα σχήματα τους αλλάζουν ανάλογα με τα ηλεκτρόδια τους και τη σύνθεση των ηλεκτρολυτών τους.

Θα έρθει ένα σημείο όπου όλα ο ηλεκτρολύτης έχει αντιδράσει, και δεν έχει σημασία πόσο το είδος οξειδίου του ψευδαργύρου δεν λαμβάνουν ηλεκτρόνια και να προωθήσει την απελευθέρωσή τους.

Επιπλέον, μπορεί να είναι η περίπτωση όπου τα σχηματισθέντα αέρια δεν εξουδετερώνονται πλέον και παραμένουν υπό πίεση εντός των πασσάλων.

Οι μπαταρίες ψευδαργύρου-άνθρακα και άλλες που δεν είναι επαναφορτιζόμενες πρέπει να ανακυκλωθούν. δεδομένου ότι τα συστατικά του, ειδικά αν είναι νικέλιο-κάδμιο, είναι επιβλαβή για το περιβάλλον, μολύνοντας τα εδάφη και τα νερά.

Αναφορές

  1. Shiver & Atkins. (2008). Ανόργανη χημεία (Τέταρτη έκδοση). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Χημεία (8η έκδοση). CENGAGE Μάθηση.
  3. Η μπαταρία "Dry-Cell". Ανακτήθηκε από: makahiki.kcc.hawaii.edu
  4. Hoffman S. (10 Δεκεμβρίου 2014). Τι είναι μια μπαταρία ξηρών κυττάρων; Ανακτήθηκε από: upsbatterycenter.com
  5. Weed, Τζέφορντ. (24 Απριλίου 2017). Πώς λειτουργούν οι μπαταρίες ξηρών κυττάρων; Sciencing. Ανακτήθηκε από: sciencing.com
  6. Γούντφορντ, Χρυς. (2016) Μπαταρίες. Ανακτήθηκε από: explainthatstuff.com.