LICEUL TEORETIC ,,MIHAI EMINESCU"

CALARASI

TEMA

CUPRINS

PILA LECLANCHE

CE SE INTAMPLA DACA LECLANCHE SE DESCARCA?

BATERII SI CELULE DE COMBUSTIE

TIPURI DE CELULE ELECTRICE

CHIMIA PILEI

BIBLIOGRAFIE

PILA LECLANCHE

Cea mai comuna forma de pila galvanica este pila Leclanche inventata de chimistul francez Georges Leclanch in 1860. In limbaj popular este numita pila uscata sau baterie proiectoare. Pila Leclanche utilizata in zilele noastre este foarte similara inventiei originale.

Pila Leclanche este alcatuita dintr-un cilindru de zinc amalgamat, care este chiar anodul.

Catodul este confectionat din grafit in mijlocul unui amestec semisolid format din MnO₂ , electrolitul NH₄Cl si amidon. Deoarece NH₄Cl este o sare, pila Leclanche se mai numeste pila salina

Ecuatiile reactiilor care au loc in pila Leclanche sunt :

• La anod (-):
  Zn -> Zn²⁺ + 2e^- oxidare
• La catod (+):

2MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e^- -> Mn₂O₃ + H₂O + 2NH₃      reducere

Ecuatia reactiei generatoare de curent este:

Zn + 2MnO₂ + 2NH₄⁺ -> Zn₂+ Mn₂O₃ + H₂O + 2NH₃

Forta electromotoare a acestei pile este de 1,5 - 1 ,65 V, si scade pe masura ce pila se descarca. In mod frecvent, se leaga in serie mai multe astfel de baterii.

O alta intrebuintare este in bateriile de acumulatoare. Astfel de baterii sunt dezvoltate pentru uz electric pentru a fi folosite ca nivelatoare de incarcatura, pentru a compensa fluctuatiile momentane de capacitate ale sistemului. Astfel de baterii ar putea fi instalate aproape de locurile cu cerinte speciale. Acestea cauzeaza putine probleme de mediu si ocupa putin spatiu.

Reactia globala este exoenergetica, iar energia electrica se obtine prin transformarea partiala a energiei termice.

Reprezentarea conventionala a pilei Leclanche:

(-) Zn | Zn²⁺ || NH₄⁺ | MnO₂ + C (+)

Pila Leclanche debiteaza tensiune electromotoare a carei valoare este E = 1,5 V.

Pentru obtinerea unei capacitati mai mari se leaga in serie mai multe astfel de pile. Capacitatea electrica unei pile se exprima in Coloumbi si arata ce cantitate de electricitate debiteaza aceasta intr-o ora. Capacitatea unei pile Leclanche este de aproximativ 9 Ah (1 A * h = 3600 C).

CE SE INTAMPLA DACA LECLANCHE

SE DESCARCA?

Daca pila debiteaza E < 1,2 V, atunci este uzata si nu mai poate fi reincarcata, deoarece electrolitul se consuma in timpul functionarii.

O astfel de pila electrica ce nu mai poate fi reincarcata se numeste pila primara

O alta pila primara este pila Mallory, care este construita in mod similar pilei Leclanche, singura exceptie fiind electrolitul, care este NaOH. De aceea, pila Mallory se numeste pila alcalina

Bateriile de ceas, minicalculatoare, proteze auditive sau stimulatoare cardiace sunt, de asemenea, pile reversibile. Aceste minibaterii, numite si pile ''nasture'', sunt pile alcaline in care electrolitul este KOH sau Zn(OH)₂, iar catodul este confectionat din Ag₂O sau HgO. Capacitatea acestora este mica si, de aceea, la aparate de uz casnic exista restrictii de utilizare.

Anodul acestei baterii este confectionat din zinc, iar catodul, din otel care se afla in contact cu oxid de mercur si KOH sau Zn(OH)₂. Procesele care au loc la electrozi sunt :

La anod (-) : Zn (s) + 2HO^- (aq) -> ZnO (s) + H₂O (l) + 2e^-

La catod (+): HgO (s) + H₂O (l) + 2e^- -> Hg (l) + 2HO^- (aq)

Tensiunea electromotoare a unei astfel de minibaterii este de 1,3 V si are timp de functionare destul de indelungat.

Pilele electrice primare sunt din ce in ce mai putin utilizate, deoarece dupa epuizarea electolitului nu se pot reincarca, asa cum se procedeaza in cazul pilelor secundare.

Bateria pe baza de litiu este in prezent utilizata la scara mondiala, datorita masei mici, tensiunii ridicate (E = 3 V) si posibilitatii de a fi reincarcata

Constructia acestei baterii este simpla : anodul este confectionat din litiu amestecat cu grafit si un electrolit care contine o sare de litiu, LiClO₄; acestea sunt introduse intr-un solvent organic. Catodul este confectionat din MnO₂.

Procesele care au loc la electrolizi sunt :

La anod (-): Li (s) -> Li⁺ (aq) + 1e^-

La catod (+): MnO₂ (s) + Li⁺ (aq) + 1e^- -> LiMnO₂ (s)

Bateriile reincarcabile pe baza de litiu sunt utilizate in intreaga lume pentru functionarea telefoanelor mobile, laptopurilor, camerelor video etc. Vanzarea de baterii pe baza de litiu a depasit 15 miliarde de bucati in anul 2006.

BATERII SI CELULE DE COMBUSTIE

Bateriile constau dintr-un numar de pile electrice conectate intre ele, de obicei pentru a produce un voltaj (tensiune electrica) mai mare decat o singura pila electrica. in mod gresit, unii numesc baterii si pile electrice simple.
Broastele moarte au condus la inventarea pilelor si bateriilor electrice. in 1786, omul de stiinta italian Luigi Galvani a descoperit ca broastele disecate se contractau cand le atingea cu bisturiul sau. Apoi din intamplare el a descoperit ca picioarele puteau fi facute sa se miste doar prin atingerea lor de metal. Galvani era pus in incurcatura in ceea ce privea natura acestui fenomen, si sursa lui.
Raspunsul a fost dat in anii 1790 de omul de stiinta italian Alessandro Volta. Picioarele broastelor se contactasera deoarece lichidele din interiorul lor reactionau la contactul cu doua metale diferite: alama si fierul. Aceasta combinatie forma o pila electrica simpla si curentul produs de aceasta facea sa se contracte muschii picioarelor broastei.
Volta a facut apoi o pila electrica punand o hartie umeda intre discuri de cupru si zinc. Aceasta pila era extrem de slaba, dar Volta a conceput curand pile si baterii practice. Una dintre baterii consta dintr-o coloana de pile electrice facute din placi de zinc si argint cu separatoare de hartie imbibate in saramura. Acest tip de baterie se numea pila voltaica.

Cum functioneaza celulele:
Dupa Volta, s-au inventat multe forme similare de pile electrice. Acum se folosesc substante variate pentru placi, sau electrozi, si pentru solutie, sau electrolit. Asemenea pilei electrice functioneaza prin transformarea energiei chimice in energie electrica. Electrolitul emite ioni (atomi sau grupuri de atomi incarcati electric) care sunt atrasi de electrozi. Un electrod atrage ionii incarcati negativ, care au un surplus de particule incarcate negativ numite electroni. Celalalt electrod atrage ionii incarcati pozitiv, care au o deficienta de electroni. Cand se conecteaza un circuit conductor intre placi, electronii curg prin circuit de la electrodul negativ la cel pozitiv. Acest flux formeaza un curent electric.

4. TIPURI DE CELULE ELECTRICE

Elementele galvanice primare trebuie inlocuite cand substantele lor chimice s-au transformat atat de mult incat ele nu mai pot produce un curent util. Elementele galvanice secundare sunt reincarcabile. Curentul electric de la o instalatie de incarcare, de obicei alimentata de la retea, este trecut prin celulele electrice descarcate. Substantele chimice initiale sunt refacute facand astfel celulele din nou utilizabile. Sarcina care intra in pile in timpul incarcarii este stocata ca energie chimica si se acumuleaza treptat. Din acest motiv bateriile din elementele galvanice secundare sunt adesea numite baterii de acumulare, sau acumulatoare. Ele se folosesc la masini si la unele aparaturi electrice de uz casnic, precum uneltele electrice reincarcabile.
Celulele de combustie nu necesita reincarcare, in ele se introduc substantele chimice de fiecare data cand se foloseste electricitatea. Acestea sunt mult prea costisitoare pentru aplicatiile uzuale si sunt folosite doar in unele statii spatiale.

CHIMIA PILEI

Tipul cel mai simplu de element galvanic primar este bazat pe unul inventat de Georges Leclanche, in anii 1860. Forma moderna are o teaca de zinc, care serveste drept electrod negativ, iar electrodul pozitiv este o tija de carbune. Desi se numeste pila uscata, electrolitul sau este o pasta groasa si umeda de clorura de amoniu.
In timpul utilizarii pilei, hidrogenul format pe tija de carbune trebuie inlaturat deoarece altfel ar reduce eficienta pilei. O substanta chimica numita polizator (in acest caz, dioxid de mangan) inlatura produsul nedorit. Bateriile reincarcabile ale celor mai multe masini au pile electrice bazate pe tipul cu Pb si acid, inventat in 1860 de Gaston Plante. Electrozii de Pb si dioxid de Pb sunt imersati in acid sulfuric diluat. in timpul utilizarii, ambii electrozi sunt inveliti in sulfat de Pb. Pb si dioxidul de Pb sunt reformati in timpul reincarcarii. Pilele au cadmiu-nichel reincarcabile au ca electrolit electrozi de hidroxid de nichel. Aceste pile pot inlocui pilele uscate obisnuite si sunt folosite la unele lanterne, unelte si alte aparaturi de uz casnic 'fara cordoane'.
Astfel, o simpla observare a reactiei broastelor moarte la metal, a condus la o descoperire revolutionara pentru umanitate.

BIBLIOGRAFIE

Chimie, manual pentru clasa a XII-a, filiera teoretica, profil real, Mihai Andruh, Ion Baciu, Daniela Bogdan, Bucuresti, Mistral Info Media, 2007