SUCHÁ BUNKA: ŠTRUKTÚRA A FUNKCIA - CHÉMIA - 2026

Suchý článok je batéria, ktorého elektrolytické médium sa skladá z pasty a nie riešenie. Uvedená pasta má však určitú úroveň vlhkosti, a preto nie je úplne suchá.

Malé množstvo vody je dostatočné na to, aby sa ióny mohli pohybovať a následne tok elektrónov vo vnútri bunky.

Zdroj: Emilian Robert Vicol cez Flickr.

Jeho obrovskou výhodou oproti prvým mokrým batériám je, že keďže ide o elektrolytickú pastu, jej obsah sa nemôže rozliať; čo bolo v prípade mokrých batérií, ktoré boli nebezpečnejšie a chúlostivejšie ako ich suché náprotivky. Vzhľadom na nemožnosť rozliatia sa suchá bunka nachádza v mnohých prenosných a mobilných zariadeniach.

Na hornom obrázku je suchá zinkovo-uhlíková batéria. Presnejšie povedané, ide o modernú verziu zásobníka Georges Leclanché. Zo všetkých je to najbežnejší a možno najjednoduchší.

Tieto zariadenia predstavujú energetické pohodlie, pretože majú vo vrecku chemickú energiu, ktorú je možné transformovať na elektrinu; a týmto spôsobom, bez závislosti na elektrických zásuvkách alebo energii dodávanej veľkými elektrárňami a ich rozsiahlou sieťou veží a káblov.

Suchá bunková štruktúra

Aká je štruktúra suchej bunky? Na obrázku vidíte jeho kryt, ktorý nie je nič viac ako polymérny film, oceľ a dva terminály, ktorých izolačné podložky vyčnievajú spredu.

Je to však iba vonkajší vzhľad; Vo vnútri ležia jeho najdôležitejšie časti, ktoré zaručujú jeho správne fungovanie.

Každý suchý článok bude mať svoje vlastné charakteristiky, ale bude sa brať do úvahy iba zinkovo-uhlíkový článok, ktorého všeobecnú štruktúru možno načrtnúť pre všetky ostatné batérie.

Batéria sa chápe ako spojenie dvoch alebo viacerých batérií, ktoré sú voltickými článkami, ako bude vysvetlené v ďalšej časti.

elektródy

Zdroj: Wikipedia

Horný obrázok ukazuje vnútornú štruktúru zinkovo-uhlíkovej batérie. Bez ohľadu na to, čo je to sopečný článok, vždy by mali existovať (zvyčajne) dve elektródy: jedna, z ktorej sa uvoľňujú elektróny, druhá, ktorá ich prijíma.

Elektródy sú elektricky vodivé materiály, a aby bol prúd, musia mať obe rôzne elektronegativity.

Napríklad zinok, biely cín, ktorý obklopuje batériu, elektróny odchádzajú do elektrického obvodu (zariadenia), kde je pripojený.

Na druhej strane je v celom médiu grafitová uhlíková elektróda; tiež ponorí do pasty zloženej z NH ₄ Cl, ZnCl ₂ a MnO ₂ .

Táto elektróda je elektróda, ktorá prijíma elektróny, a všimnite si, že má symbol „+“, čo znamená, že je kladným pólom batérie.

terminály

Ako je vidieť nad grafitovou tyčou na obrázku, existuje pozitívny elektrický terminál; a nižšie, vnútorný zinok, z ktorého tečú elektróny, záporný terminál.

Preto sú batérie označené „+“ alebo „-“, ktoré označujú správny spôsob ich pripojenia k zariadeniu a umožňujú tak jeho zapnutie.

Piesok a vosk

Aj keď to nie je znázornené, pasta je chránená tlmiacim pieskom a voskovým tesnením, ktoré bráni jej rozliatiu alebo kontaktu s oceľou pri menších mechanických nárazoch alebo trepaní.

fungovanie

Ako funguje suchá bunka? Na začiatok je to voltický článok, to znamená, že generuje elektrinu z chemických reakcií. Preto vo vnútri buniek dochádza k redoxným reakciám, keď druh získava alebo stráca elektróny.

Elektródy slúžia ako povrch, ktorý uľahčuje a umožňuje vývoj týchto reakcií. V závislosti od ich náboja môže dôjsť k oxidácii alebo redukcii druhu.

Pre lepšie pochopenie budú vysvetlené iba chemické aspekty zinkovo-uhlíkovej batérie.

Oxidácia zinkových elektród

Hneď ako je elektronické zariadenie zapnuté, batéria uvoľní elektróny oxidáciou zinkovej elektródy. Môže to predstavovať nasledujúca chemická rovnica:

Zn => Zn ²⁺ + 2e ^-

Ak je okolo kovu veľa Zn2 ⁺ , dôjde k pozitívnemu vychýleniu náboja, takže nedôjde k ďalšej oxidácii. Preto musí Zn ²⁺ difundovať cez pastu smerom ku katóde, kde elektróny vstúpia späť.

Akonáhle elektróny aktivujú artefakt, vrátia sa na druhú elektródu: grafitovú, aby našli nejaký chemický druh, ktorý naň „čaká“.

Redukcia chloridu amónneho

Ako už bolo spomenuté, existuje NH ₄ Cl a MnO ₂ v cestovinách , látky, ktoré tvoria jej pH kyslé. Hneď ako elektróny vstúpia, objavia sa nasledujúce reakcie:

2NH ₄ ⁺ + 2e ^- => 2NH ₃ + H ₂

Tieto dva produkty, amoniak a molekulárnej vodík, NH ₃ a H ₂ , sú plyny, a preto môžu "napučiavať" batérie v prípade, že neboli vykonané iné transformácie; ako sú nasledujúce dve:

Zn ²⁺ + 4NH ₃ => ²⁺

H ₂ + 2MnO ₂ => 2MnO (OH)

Všimnite si, že amoniak sa zníži (získané elektróny), aby sa stal NH ₃ . Tieto plyny boli potom neutralizované ostatnými zložkami pasty.

Komplex ²⁺ uľahčuje difúziu iónov Zn ²⁺ smerom ku katóde a tak bráni bunke v „zastavení“.

Vonkajší obvod zariadenia funguje ako most pre elektróny; inak by nikdy nebolo priame spojenie medzi zinkovou plechovkou a grafitovou elektródou. Na obrázku štruktúry by tento obvod predstavoval čierny kábel.

Stiahnuť ▼

Suché bunky majú mnoho variantov, veľkostí a pracovných napätí. Niektoré z nich nie sú nabíjateľné (primárne voltické bunky), zatiaľ čo iné sú (sekundárne voltické bunky).

Zinkovo-uhlíková batéria má pracovné napätie 1,5V. Ich tvary sa menia na základe ich elektród a zloženia ich elektrolytov.

Príde bod, v ktorom zreaguje všetok elektrolyt a bez ohľadu na to, do akej miery je oxid zinočnatý, nebude existovať žiadny druh, ktorý prijíma elektróny a podporuje ich uvoľňovanie.

Ďalej môže nastať prípad, keď vzniknuté plyny už nie sú zneutralizované a zostávajú vo vnútri buniek vyvíjajúce tlak.

Zinkovo-uhlíkové batérie a ostatné batérie, ktoré nie sú nabíjateľné, sa musia recyklovať; pretože jeho zložky, najmä zložky nikel-kadmium, sú škodlivé pre životné prostredie znečisťovaním pôdy a vôd.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
3. Batéria „Dry-Cell“. Obnovené z: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10. decembra 2014). Čo je to suchá batéria? Získané z: upsbatterycenter.com
5. Weed, Geoffrey. (24. apríla 2017). Ako fungujú batérie suchých buniek? Sciencing. Obnovené z: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Batérie. Obnovené z: vysvetlthatstuff.com.