Sausās šūnas struktūra un darbība

Viens sausā šūna tas ir akumulators, kura elektrolītiskā vide sastāv no pastas, nevis šķīduma. Tomēr šai pastai ir noteikts mitruma līmenis, un šo iemeslu dēļ tas nav pilnīgi sauss.

Nelielais ūdens daudzums ir pietiekams, lai joni varētu pārvietoties un tādējādi elektronu plūsma pāļu iekšpusē.

Tā milzīgā priekšrocība salīdzinājumā ar pirmajām mitrām pāļiem ir tā, ka tā saturs nav elektrolītisks, tāpēc tās saturu nevar izlijēt; kaut kas notika ar mitrām baterijām, kas bija bīstamākas un delikātākas par to sausajiem kolēģiem. Ņemot vērā noplūdes neiespējamību, sausā šūna izmanto lietošanai pārnēsājamās un mobilās ierīces.

Iepriekš attēlā ir sausais cinka-oglekļa akumulators. Precīzāk, tā ir moderna Georges Leclanché kaudze. Tas viss ir visizplatītākais un varbūt vienkāršākais.

Šīs ierīces rada enerģijas komfortu, jo jūsu kabatā ir ķīmiskā enerģija, ko var pārveidot par elektrību; un tādējādi tas nav atkarīgs no strāvas vai jaudas, ko piegādā lielās spēkstacijas un tās plašais torņu un kabeļu tīkls.

Indekss

• 1 Sausās šūnas struktūra
  • 1.1 Elektrodi
  • 1.2 Termināļi
  • 1.3 Smiltis un vasks
• 2 Darbība
  • 2.1. Cinka elektroda oksidēšana
  • 2.2. Amonija hlorīda reducēšana
  • 2.3 Lejupielāde
• 3 Atsauces

Sausa šūnu struktūra

Kāda ir sausas šūnas struktūra? Attēlā redzams tā vāks, kas nav nekas vairāk kā polimēra plēve, tērauds un divi termināli, kuru izolējošās paplāksnes izvirzās no priekšpuses.

Tomēr tas ir tikai tā ārējais izskats; tās iekšpusē ir tās svarīgākās daļas, kas nodrošina tās pareizu darbību.

Katrai sausai šūnai būs savas īpašības, bet tiks ņemts vērā tikai cinka-oglekļa akumulators, no kura var shematizēt visu pārējo bateriju vispārējo struktūru..

Divu vai vairāku bateriju akumulators tiek saprasts kā akumulators, un pēdējās baterijas ir voltas baterijas, kā paskaidrots nākamajā nodaļā..

Elektrodi

Augšējā attēlā ir redzams cinka-oglekļa akumulatora iekšējā struktūra. Neatkarīgi no tā, kāda ir tilta šūna, vienmēr jābūt (parasti) diviem elektrodiem: vienam, no kura atbrīvo elektronus, un citu, kas tos saņem.

Elektrodi ir elektrības vadošie materiāli, un, lai tie būtu strāvīgi, abiem ir jābūt atšķirīgiem elektronegativitāti.

Piemēram, cinka, balta skārda, kas ietver akumulatoru, ir tas, kur elektroni iziet no elektriskās ķēdes (ierīces), kur tas savieno.

No otras puses, visā vidē ir grafīta oglekļa elektrods; arī iegremdē pastā, kas sastāv no NH₄Cl, ZnCl₂ un MnO₂.

Šis elektrods ir tas, kas saņem elektronus, un ievēro, ka tam ir simbols “+”, kas nozīmē, ka tas ir akumulatora pozitīvais spailis.

Termināļi

Kā redzams virs grafīta stieņa attēlā, ir pozitīvs elektriskais terminālis; un zemāk, no iekšējā cinka, no kura var izplūst elektronu negatīvais gals.

Tāpēc baterijām ir “+” vai “-” zīmes, lai norādītu pareizu veidu, kā tos savienot ar ierīci un tādējādi ļaut tam ieslēgties.

Smiltis un vasks

Lai gan tas nav parādīts, paste ir aizsargāta ar mīkstinošu smiltīm un vaska blīvējumu, kas neļauj tai izlijties vai nonākt saskarē ar tēraudu nelielu mehānisku triecienu vai uzbudinājuma gadījumā..

Darbība

Kā darbojas sausā šūna? Vispirms tas ir voltaic elements, tas ir, tas rada elektrību no ķīmiskām reakcijām. Tāpēc redoksu reakcijas notiek pāļos, kur sugas iegūst vai zaudē elektronus.

Elektrodi kalpo kā virsma, kas atvieglo un ļauj attīstīt šīs reakcijas. Atkarībā no slodzes var rasties oksidēšanās vai sugas samazināšanās.

Lai to labāk izprastu, mēs izskaidrosim tikai tos ķīmiskos aspektus, kurus cinka-oglekļa pāļi aptver.

Cinka elektroda oksidēšana

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

Zn => Zn²⁺ + 2e^--

Ja ir daudz Zn²⁺ ap metālu, notiks pozitīva lādēšanas polarizācija, tāpēc vairs nebūs oksidēšanās. Tāpēc Zn²⁺ ir jāplūst caur pastu katodam, kur elektroni atgriezīsies.

Elektroni, kad tie ir aktivizējuši artefaktu, atgriežas pie cita elektroda - grafīta, lai atrastu dažas ķīmiskas sugas, kuras gaida to..

Amonija hlorīda reducēšana

Kā minēts iepriekš, makaronos ir NH₄Cl un MnO₂, vielas, kas pārvērš to pH skābi. Tiklīdz elektroni ienāk, sekos šādas reakcijas:

2NH₄⁺ + 2e^- => 2NH₃ + H₂

Abi produkti, amonjaks un molekulārs ūdeņradis, NH₃ un H₂, tās ir gāzes, un tādēļ tās var "uzpūst" kaudzi, ja tās netiek pakļautas citām transformācijām; piemēram, šādi divi:

Zn²⁺ + 4NH₃ => [Zn (NH₃)₄]²⁺

H₂ + 2MNO₂ => 2MNO (OH)

Ņemiet vērā, ka amonijs tika samazināts (iegūtie elektroni), lai kļūtu par NH₃. Pēc tam šīs gāzes tika neitralizētas ar citām pastas sastāvdaļām.

Komplekss [Zn (NH₃)₄]²⁺ veicina Zn jonu difūziju²⁺ virzienā uz katodu un tādējādi nepieļautu akumulatora apstāšanos.

Ierīces ārējā ķēde darbojas kā tilts elektroniem; pretējā gadījumā starp cinku un grafīta elektrodu nekad nebūtu tieša savienojuma. Struktūras attēlā minētā ķēde parādīsies melnajam kabelim.

Lejupielādēt

Sausajām baterijām ir daudzi varianti, izmēri un darba spriegums. Dažas no tām nav atkārtoti uzlādējamas (primārās voltajas šūnas), bet citas ir sekundārās volta šūnas..

Cinka-oglekļa akumulatora darba spriegums ir 1,5 V. To formas mainās atkarībā no to elektrodiem un to elektrolītu sastāva.

Tiks parādīts punkts, kur viss elektrolīts ir reaģējis, un neatkarīgi no tā, cik daudz cinka oksidējas, nebūs nevienas sugas, kas saņem elektronus un veicinās to izlaišanu..

Turklāt var būt gadījums, kad veidotās gāzes vairs nav neitralizētas un paliek zem spiediena pāļu iekšienē.

Cinka-oglekļa baterijas un citi, kas nav uzlādējami, ir jāpārstrādā; tā kā tā sastāvdaļas, īpaši ja tās ir niķeļa-kadmija, ir kaitīgas videi, piesārņojot augsni un ūdeņus..

Atsauces

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija (Ceturtais izdevums). Mc Graw kalns.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Ķīmija (8. izdevums). CENGAGE Learning.
3. Akumulators „Dry-Cell”. Saturs iegūts no: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (2014. gada 10. decembris). Kas ir sausā elementa akumulators? Saturs iegūts no: upsbatterycenter.com
5. Weed, Geoffrey. (2017. gada 24. aprīlis). Kā darbojas sausās šūnas baterijas? Science. Saturs iegūts no: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Baterijas. Saturs iegūts no: magyar.