Kuiva raku struktuur ja toimimine

Üks kuiv rakk see on aku, mille elektrolüütiline keskkond koosneb pastast ja mitte lahusest. Sellel pasta on siiski teatava niiskustasemega ja seetõttu ei ole see rangelt kuiv.

Väike kogus vett on piisav, et ioonid liiguksid ja seega ka elektronide voolu kuhjas.

Selle tohutu eelis esimese märja vaiaga võrreldes on see, et kuna see on elektrolüütiline pasta, ei saa selle sisu välja voolata; midagi, mis juhtus märgade patareidega, mis olid ohtlikumad ja delikaatsemad kui nende kuivad kolleegid. Arvestades lekete võimatust, leiab kuiv rakk arvutisse kaasaskantavaid ja mobiilseid seadmeid.

Ülaltoodud pildil on kuiv tsink-süsinik aku. Täpsemalt on see Georges Leclanché stacki kaasaegne versioon. Kõigest on see kõige levinum ja ehk kõige lihtsam.

Need seadmed kujutavad endast energiat mugavust, kuna neil on taskus keemiline energia, mida saab muundada elektriks; Sellisel viisil ei sõltu see suurte elektrijaamade voolust või võimsusest ning selle suurest torni- ja kaabelvõrgustikust.

Indeks

• 1 Kuiva raku struktuur
  • 1.1 Elektroodid
  • 1.2 Terminalid
  • 1.3 Liiv ja vaha
• 2 Kasutamine
  • 2.1 Tsingi elektroodi oksüdeerimine
  • 2.2 Ammooniumkloriidi vähendamine
  • 2.3 Laadi alla
• 3 Viited

Kuiva raku struktuur

Mis on kuiva raku struktuur? Pildil on näha selle kate, mis ei ole midagi muud kui polümeerkile, terasest ja kahest klemmist, mille isolatsioonialused eenduvad ees.

See on ainult selle välimus; selle sisemuses on kõige olulisemad osad, mis tagavad selle nõuetekohase toimimise.

Igal kuival kambril on oma omadused, kuid arvestatakse ainult tsink-süsinikpatareiga, millest saab skemaatiliselt kõigi teiste patareide üldstruktuuri..

Kahe või enama aku patarei on aku ja viimased on voltaalsed elemendid, nagu selgitatakse järgmises osas.

Elektroodid

Tsink-süsinik-aku sisemine struktuur on näidatud ülemises pildis. Ükskõik, milline on voltaic rakk, peaks alati olema (tavaliselt) kaks elektroodi: üks, millest elektronid vabaneb, ja teine, mis neid vastu võtab.

Elektroodid on elektrijuhtivusmaterjalid ja selleks, et need oleksid voolud, peavad mõlemal olema erinevad elektronegatiivsused.

Näiteks tsink, valge tina, mis akut ümbritseb, on see, kus elektronid lahkuvad elektriahelast (seadmest), kus see ühendab.

Teisest küljest on kogu söötmes grafiidi süsinikelektrood; ka kastetud NH-i pastasse₄Cl, ZnCl₂ ja MnO₂.

See elektrood on see, mis võtab vastu elektronid ja täheldab, et sellel on sümbol „+”, mis tähendab, et see on aku positiivne klemm..

Terminalid

Nagu on näha pildil olevast grafiitvarrast, on olemas positiivne elektriline klemm; ja allpool, sisemisest tsinkist, millest elektronid voolavad, negatiivne terminal.

Sellepärast kannavad patareid "+" või "-" märgid, mis näitavad, kuidas neid seadmega ühendada, ning võimaldada sellel ka sisse lülitada.

Liiv ja vaha

Kuigi seda ei ole näidatud, on pastat kaitstud pehmendava liiva ja vaha tihendiga, mis takistab selle mineraalsete löökide või agitatsiooni korral terase väljavoolamist või kokkupuutumist..

Toimimine

Kuidas kuiv rakk töötab? Kõigepealt on see voltaalne rakk, see tähendab, et see tekitab elektrit keemilistest reaktsioonidest. Seetõttu esineb redoksreaktsioone vaiades, kus liigid saavad või kaotavad elektronid.

Elektroodid on pinnad, mis hõlbustavad ja võimaldavad nende reaktsioonide teket. Sõltuvalt nende koormusest võib liikide oksüdeerumine või vähenemine esineda.

Selle paremaks mõistmiseks selgitame ainult neid keemilisi aspekte, mida tsingi-süsiniku kuhja ümbritseb.

Tsinkelektroodi oksüdatsioon

Niipea, kui elektrooniline seade on sisse lülitatud, vabastab aku tsinkelektroodi oksüdeerimise teel elektronid. Seda võib esitada järgmise keemilise võrrandiga:

Zn => Zn²⁺ + 2e^--

Kui on palju Zn-i²⁺ metalli ümbruses tekib positiivne laengupolarisatsioon, mistõttu ei toimu enam oksüdatsiooni. Seetõttu Zn²⁺ peab diferentseeruma pasta kaudu katoodile, kus elektronid tagasi tulevad.

Elektronid, kui nad on artefakti aktiveerinud, pöörduvad tagasi teise elektroodi - grafiidi - juurde, et leida mõningaid keemilisi liike "ootab seda"..

Ammooniumkloriidi vähendamine

Nagu eespool öeldud, on pastas NH₄Cl ja MnO₂, ained, mis muudavad nende pH-happe. Niipea kui elektronid sisenevad, ilmnevad järgmised reaktsioonid:

2NH₄⁺ + 2e^- => 2NH₃ + H₂

Kaks toodet, ammoniaak ja molekulaarne vesinik, NH₃ ja H₂, need on gaasid ja seetõttu võivad need "kuhjuda", kui nad ei läbi teisi muundamisi; näiteks kaks järgmist:

Zn²⁺ + 4NH₃ => [Zn (NH₃)₄]²⁺

H₂ + 2MO₂ => 2MO (OH)

Pange tähele, et ammoonium on vähendatud (saadud elektronid), et saada NH₃. Järgmisena neutraliseeriti need gaasi teised pastakomponendid.

Kompleks [Zn (NH₃)₄]²⁺ hõlbustab Zn ioonide levikut²⁺ katoodi suunas ja takistab seega aku "peatumist".

Seadme välisahel toimib elektronide sillana; vastasel juhul ei oleks tsinkkapsli ja grafiitelektroodi vahel otsest seost. Struktuuri kujutises oleks nimetatud ahel esindanud musta kaablit.

Laadi alla

Kuivpatareidel on palju variante, suurusi ja töpinge. Mõned neist ei ole laetavad (primaarsed voltaalsed rakud), teised aga (sekundaarsed voltaalsed rakud).

Tsink-süsinik aku tööpinge on 1,5 V. Nende kujud muutuvad sõltuvalt nende elektroodidest ja nende elektrolüütide koostisest.

Tuleb punkt, kus kogu elektrolüüt on reageerinud, ja ükskõik kui palju tsinki oksüdeeritakse, ei ole ühtegi liiki, mis võtaks vastu elektronid ja soodustaks nende vabastamist..

Lisaks võib juhtuda, et moodustunud gaasid ei ole enam neutraliseeritud ja need jäävad vaiade alla vaiadesse.

Tsink-süsinikpatareid ja teised, mis ei ole laetavad, tuleb ringlusse võtta; kuna selle komponendid, eriti kui need on nikkel-kaadmium, on keskkonnale kahjulikud, saastades pinnast ja vett.

Viited

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorgaaniline keemia (Neljas väljaanne). Mc Grawi mägi.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Keemia (8. väljaanne). KESKMINE Õppimine.
3. Aku "Kuivarakk". Välja otsitud andmebaasist: makahiki.kcc.hawaii.edu
4. Hoffman S. (10. detsember 2014). Mis on kuivpatarei aku? Välja otsitud andmebaasist: upsbatterycenter.com
5. Weed, Geoffrey. (24. aprill 2017). Kuidas kuivrakkude akud töötavad? Science. Välja otsitud andmebaasist: sciencing.com
6. Woodford, Chris. (2016) Patareid. Välja otsitud andmebaasist: magyar.