SUHA STANICA: STRUKTURA I FUNKCIJA - KEMIJA - 2025

Suha ćelija je baterija čije elektrolitski medij sastoji se od paste, a ne rješenje. Navedena pasta, međutim, ima određenu razinu vlažnosti, te iz tih razloga nije strogo suha.

Mala količina vode dovoljna je da se ioni pomiču, a samim tim i protok elektrona unutar stanice.

Izvor: Emilian Robert Vicol putem Flickr-a.

Njegova ogromna prednost u odnosu na prve mokre baterije je ta što se zbog elektrolitičke paste ne može proliti njegov sadržaj; što je bio slučaj s mokrim baterijama, koje su bile opasnije i osjetljivije od njihovih suhih kolega. S obzirom na nemogućnost izlijevanja, suhe ćelije se koriste u mnogim prijenosnim i mobilnim uređajima.

Na gornjoj slici nalazi se suha cink-ugljikova baterija. Točnije, radi se o modernoj verziji Georges Leclanché stog. Od svih je najčešća i možda najjednostavnija.

Ovi uređaji predstavljaju energetsku pogodnost zbog činjenice da u džepu imaju kemijsku energiju koja se može pretvoriti u električnu energiju; i na taj način, ne ovisno o utičnicama ili energiji velikih elektrana i njihovoj ogromnoj mreži kula i kablova.

Suha stanična struktura

Kakva je struktura suhe ćelije? Na slici možete vidjeti njegov poklopac koji nije ništa drugo do polimerni film, čelik i dva terminala čiji izolacijski perači strše s prednje strane.

Međutim, ovo je samo njegov vanjski izgled; Unutar nje nalaze se njegovi najvažniji dijelovi koji garantiraju pravilno funkcioniranje.

Svaka suha ćelija imat će svoje karakteristike, ali razmatrat će se samo cink-ugljikova ćelija, od kojih se može istaknuti opća struktura za sve ostale baterije.

Pod baterijom se podrazumijeva sjedinjenje dvije ili više baterija, a posljednje su voltaične ćelije, kao što će biti objašnjeno u budućem odjeljku.

elektrode

Izvor: Wikipedia

Gornja slika prikazuje unutrašnju strukturu cink-ugljikove baterije. Bez obzira na voltajsku ćeliju, uvijek trebaju postojati (obično) dvije elektrode: jedna iz koje se daju elektroni i druga koja ih prima.

Elektrode su elektro vodljivi materijali, a kako bi postojale struje, obje moraju imati različite elektronegativnosti.

Na primjer, cink, bijela kala koja zatvara bateriju, je mjesto gdje elektroni ostavljaju za električni krug (uređaj) na koji je spojen.

S druge strane, u cijelom je mediju grafitna ugljikova elektroda; i uronjeni u obliku paste koja se sastoji od NH ₄ Cl, ZnCh ₂ i MnO ₂.

Ova elektroda je ona koja prima elektrone, i imajte na umu da ima simbol '+', što znači da je to pozitivni terminal baterije.

terminali

Kao što se vidi iznad grafitne šipke na slici, postoji pozitivni električni terminal; i ispod, unutarnja limenka cinka iz koje teku elektroni, negativni terminal.

Zato su baterije označene s "+" ili "-" kako bi se označio ispravan način povezivanja s uređajem i na taj način omogućio uključivanje.

Pijesak i vosak

Iako nije prikazano, pasta je zaštićena vlažnim pijeskom i voštanom brtvom koja sprječava da se prolije ili dođe u kontakt sa čelikom pod manjim mehaničkim utjecajima ili miješanjem.

Funkcioniranje

Kako djeluje suha stanica? Za početak, to je voltajska stanica, to jest, proizvodi električnu energiju iz kemijskih reakcija. Dakle, unutar stanica događaju se redoks reakcije, gdje vrsta dobiva ili gubi elektrone.

Elektrode služe kao površina koja olakšava i omogućava razvoj ovih reakcija. Ovisno o njihovim nabojima, može doći do oksidacije ili smanjenja vrsta.

Da biste to bolje razumjeli, objasnit će se samo kemijski aspekti cink-ugljikove baterije.

Oksidacija cinkove elektrode

Čim se uključi elektronički uređaj, baterija će osloboditi elektrone oksidacijom cinkove elektrode. To se može predstaviti sljedećom kemijskom jednadžbom:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Ako je oko Zn ²⁺ oko metala, doći će do pozitivnog pristranosti naboja, tako da neće biti daljnje oksidacije. Zbog toga, Zn ²⁺ mora difuzirati kroz paste prema katodi, gdje će elektroni ući natrag.

Nakon što elektroni aktiviraju artefakt, vraćaju se drugoj elektrodi: grafitnoj, kako bi pronašli neke kemijske vrste koje "čekaju" na nju.

Redukcija amonijevog klorida

Kao što je prethodno spomenuto, postoji NH ₄ Cl i MnO ₂ u tjestenine, tvari koje čine njen pH kiselo. Čim elektroni uđu, dogodit će se sljedeće reakcije:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Dva proizvoda, amonijak i molekularna vodik, NH ₃ i H ₂, su plinovi i prema tome mogu „nabubriti” baterija, ako oni ne podvrgavaju druge transformacije; kao što su sljedeća dva:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Imajte na umu da se reducira amonijak (stekao elektrona) da se NH ₃. Te su plinove zatim neutralizirali ostali sastojci paste.

Kompleks ²⁺ olakšava difuziju iona Zn ²⁺ prema katodi i na taj način sprečava stanicu da "usporava".

Vanjski krug uređaja funkcionira kao most za elektrone; inače nikada ne bi postojala izravna veza između limenke cinka i grafitne elektrode. Na slici strukture ovaj bi krug predstavljao crni kabel.

preuzimanje datoteka

Suhe ćelije dolaze u raznim varijantama, veličinama i radnim naponima. Neki od njih nisu punjivi (primarne voltajske ćelije), dok su drugi (sekundarne voltaične stanice).

Cink-ugljikova baterija ima radni napon od 1,5 V. Oblici se mijenjaju na temelju njihovih elektroda i sastava njihovih elektrolita.

Doći će do točke u kojoj je sav elektrolit reagirao, i bez obzira koliko cink oksidira, neće biti vrsta koje primaju elektrone i potiču njihovo oslobađanje.

Nadalje, može se dogoditi da se formirani plinovi više ne neutraliziraju i dalje vrše pritisak unutar akumulatora.

Cink-ugljične baterije i ostale baterije koje se ne mogu puniti, moraju se reciklirati; budući da su njegove komponente, posebno ako je nikal-kadmij, štetne za okoliš zagađujući tla i vode.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
3. Baterija "Dry-Cell". Oporavak od: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10. prosinca 2014.). Što je suha ćelija? Oporavilo od: upsbatterycenter.com
5. Korov, Geoffrey. (24. travnja 2017.). Kako djeluju baterije sa suhim stanicama? Sciencing. Oporavilo od: sciaching.com
6. Woodford, Chris. (2016) Baterije. Oporavilo od: обясinthatstuff.com.