SUCHA KOMÓRKA: STRUKTURA I FUNKCJA - CHEMIA - 2026

Komórek sucho jest bateria, której średni elektrolityczna składa się z pasty, a nie do rozwiązania. Ta pasta ma jednak pewien poziom wilgotności iz tego powodu nie jest ściśle sucha.

Niewielka ilość wody wystarcza, aby jony mogły się poruszać, a co za tym idzie - przepływ elektronów wewnątrz komórki.

Źródło: Emilian Robert Vicol przez Flickr.

Jego ogromna przewaga w stosunku do pierwszych mokrych akumulatorów polega na tym, że ponieważ jest to pasta elektrolityczna, nie można jej rozlać; tak było w przypadku mokrych baterii, które były bardziej niebezpieczne i delikatniejsze niż ich suche odpowiedniki. Biorąc pod uwagę brak możliwości rozlania, suche ogniwo znajduje zastosowanie w wielu urządzeniach przenośnych i mobilnych.

Na górnym zdjęciu sucha bateria cynkowo-węglowa. Dokładniej, jest to nowoczesna wersja stosu Georgesa Leclanché. Ze wszystkich jest to najczęstsze i być może najprostsze.

Urządzenia te stanowią wygodę energetyczną, ponieważ mają w kieszeni energię chemiczną, którą można przekształcić w energię elektryczną; iw ten sposób niezależne od gniazdek elektrycznych czy energii dostarczanej przez duże elektrownie i ich rozległą sieć wież i kabli.

Sucha struktura komórkowa

Jaka jest struktura suchej komórki? Na zdjęciu widać jego pokrywę, która jest niczym innym jak folią polimerową, stalą i dwoma końcówkami, których podkładki izolacyjne wystają z przodu.

Jednak to tylko wygląd zewnętrzny; Wewnątrz znajdują się najważniejsze elementy, które zapewniają jej prawidłowe funkcjonowanie.

Każde suche ogniwo będzie miało swoją własną charakterystykę, ale rozważane będzie tylko ogniwo cynkowo-węglowe, którego ogólną strukturę można nakreślić dla wszystkich innych akumulatorów.

Akumulator jest rozumiany jako połączenie dwóch lub więcej baterii, a te ostatnie są ogniwami galwanicznymi, co zostanie wyjaśnione w następnej sekcji.

Elektrody

Źródło: Wikipedia

Górne zdjęcie przedstawia wewnętrzną strukturę baterii cynkowo-węglowej. Bez względu na to, czym jest ogniwo galwaniczne, zawsze powinny być (zwykle) dwie elektrody: jedna, z której wydzielane są elektrony, a druga, która je otrzymuje.

Elektrody są materiałami przewodzącymi prąd elektryczny i aby istniał prąd, oba muszą mieć różne elektroujemności.

Na przykład cynk, biała puszka, która otacza baterię, to miejsce, w którym elektrony opuszczają obwód elektryczny (urządzenie), do którego są podłączone.

Z drugiej strony w całym ośrodku znajduje się grafitowa elektroda węglowa; również zanurzony w paście złożonej z NH ₄ Cl, ZnCl ₂ i MnO ₂ .

Ta elektroda to ta, która przyjmuje elektrony i zauważ, że ma symbol „+”, co oznacza, że ​​jest to biegun dodatni baterii.

Terminale

Jak widać powyżej pręta grafitowego na obrazku, znajduje się dodatni zacisk elektryczny; a poniżej wewnętrzna puszka cynkowa, z której wypływają elektrony, biegun ujemny.

Dlatego baterie są oznaczone „+” lub „-”, aby wskazać prawidłowy sposób podłączenia ich do urządzenia i tym samym umożliwienia jego włączenia.

Piasek i wosk

Chociaż nie pokazano, pasta jest chroniona tłumiącym piaskiem i woskową uszczelką, która zapobiega jej rozlaniu lub wejściu w kontakt ze stalą przy niewielkich uderzeniach mechanicznych lub wstrząsach.

Funkcjonowanie

Jak działa sucha komórka? Przede wszystkim jest to ogniwo galwaniczne, czyli wytwarza energię elektryczną w wyniku reakcji chemicznych. Dlatego wewnątrz komórek zachodzą reakcje redoks, w których gatunek zyskuje lub traci elektrony.

Elektrody służą jako powierzchnia ułatwiająca i umożliwiająca rozwój tych reakcji. W zależności od ich ładunku może nastąpić utlenianie lub redukcja gatunków.

Aby lepiej to zrozumieć, wyjaśnione zostaną tylko chemiczne aspekty baterii cynkowo-węglowej.

Utlenianie elektrody cynkowej

Gdy tylko urządzenie elektroniczne zostanie włączone, bateria uwolni elektrony, utleniając elektrodę cynkową. Można to przedstawić za pomocą następującego równania chemicznego:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Jeśli metal otacza dużo Zn ²⁺ , wystąpi dodatnia polaryzacja ładunku, więc nie będzie dalszego utleniania. Dlatego Zn ²⁺ musi dyfundować przez pastę w kierunku katody, gdzie elektrony powrócą.

Gdy elektrony aktywują artefakt, wracają do drugiej elektrody: grafitowej, aby znaleźć jakieś „czekające” związki chemiczne.

Redukcja chlorku amonu

Jak wcześniej wspomniano, w makaronie znajdują się NH ₄ Cl i MnO ₂ , substancje powodujące kwaśne pH. Gdy tylko elektrony wejdą, zajdą następujące reakcje:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Dwa produkty, amoniak i wodór cząsteczkowy, NH ₃ i H ₂ , są gazami i dlatego mogą „pęcznieć” akumulator, jeśli nie ulegną innym przemianom; takie jak następujące dwa:

Zn ²⁺ + ₄ NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Zauważ, że amoniak został zredukowany (zyskały elektrony), aby stać się NH ₃ . Gazy te zostały następnie zneutralizowane przez inne składniki pasty.

Kompleks ²⁺ ułatwia dyfuzję jonów Zn ^{2+ w} kierunku katody, a tym samym zapobiega „utknięciu” ogniwa.

Zewnętrzny obwód urządzenia działa jako mostek dla elektronów; w przeciwnym razie nigdy nie byłoby bezpośredniego połączenia między puszką cynkową a elektrodą grafitową. Na obrazie konstrukcji obwód ten reprezentowałby czarny kabel.

Pobieranie

Komórki suche są dostępne w wielu wariantach, rozmiarach i napięciach roboczych. Niektóre z nich nie nadają się do ponownego naładowania (pierwotne ogniwa galwaniczne), a inne (wtórne ogniwa galwaniczne).

Bateria cynkowo-węglowa ma napięcie robocze 1,5 V. Ich kształty zmieniają się w zależności od ich elektrod i składu elektrolitów.

Nadejdzie punkt, w którym cały elektrolit zareaguje i bez względu na to, jak bardzo cynk się utlenia, nie będzie żadnych gatunków, które przyjmą elektrony i sprzyjają ich uwalnianiu.

Ponadto może się zdarzyć, że powstałe gazy nie są już neutralizowane i nadal wywierają ciśnienie wewnątrz komórek.

Baterie cynkowo-węglowe i inne baterie, których nie można ładować, należy poddać recyklingowi; ponieważ jego składniki, zwłaszcza niklowo-kadmowe, są szkodliwe dla środowiska poprzez zanieczyszczanie gleby i wód.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning.
3. Bateria „Dry-Cell”. Odzyskany z: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10 grudnia 2014). Co to jest bateria z suchymi ogniwami? Odzyskany z: upsbatterycenter.com
5. Weed, Geoffrey. (24 kwietnia 2017). Jak działają baterie z suchymi ogniwami? Nauka. Odzyskany z: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Baterie. Odzyskany z: objaśnienia.