Ce este acumulatorul cu plumb ?

Acumulatorul cu plumb este o pila cu electrolit lichid realizat pentru prima oara, in anul 1859, de inginerul francez Gaston Planté.

Electrodul negativ este format dintr-un gratar de plumb cu ochiurile umplute cu plumb spongios, iar electrodul pozitiv este construit tot dintr-un gratar de plumb cu ochiurile umplute cu dioxid de plumb. Electrolitul este acid sulfuric de concentratie 38% (p = 1,29 g/cm 3 ) pentru acumulatorul incarcat.

In timpul functionarii acumulatorului, când acesta debiteaza curent electric, la cei doi electrozi au loc procesele care pot fi reprezentate prin ecuatiile:

Reactia totala presupune transformarea Pb si a Pb0 2 in PbSO 4 prin consumarea acidului sulfuric.

 

La ambii electrozi se formeaza PbSO 4 insolubil, care adera la placi, se sulfateaza. Granulele fine de PbSO 4 formate initial se maresc in timpul functionarii, astfel incat randamentul acumulatorului scade.

Se poate constata daca un acumulator este incarcat sau nu prin masurarea concentratiei acidului sulfuric, mai precis prin determinarea densitatii solutiei.

Acumulatorul poate fi reincarcat prin conectarea acestuia la o sursa de curent continuu astfel, incât curentul debitat de sursa sa aibä sens opus celui debitat de acumulator; la electrozi se produc astfel reactiile inverse celor indicate.

F.e.m. a unei cebule este de aproximativ 2V. Frecvent se utilizeaza baterii formate din trei sau sase celule legate in serie pentru a produce 6 V sau 12 V.

In afara acumulatorilor cu plumb se utilizeaza acumulatoare alcaline de tip Ni-Fe si Ni- Cd. Acestea prezintä avantajul ca permit desfasurarea unui numär mare de descarcári – incarcari fara deteriorarea placilor.

Cum putem construi o pilă galvanică ?

Realizaţi un electrod de zinc.Pentru aceasta turnaţi într-un pahar Berzelius soluţie de sulfat de zinc,ZnSO4,de concentraţie 1M,şi cufundaţi în soluţie o placă de zinc.
     Construiţi în aceeaşi manieră şi un electrod de cupru,folosind soluţie de sulfat de cupru,CuSO4,de concentraţie 1M şi o placă de cupru.
    Se umple un tub în formă de U cu soluţie saturată a unei sări ( KCl, NaCl NaNO3,NH4NO3). Capetele tubului se astupă cu dopuri de vată sau hârtie de filtru.Tubul astfel pregătit se introduce cu un băţ în fiecare pahar.
     Acest tub se numeşte punte de sare si face legătura dintre soluţiile celor doi electrozi.  Între plăcile de cupru şi zinc se conectează un voltmetru si un întrerupător. Închideţi circuitul electric cu ajutorul întrerupătorului şi observaţi acul indicator al voltmetrului .

Ce sunt acumulatorii ?

Acumulatori

Acumulatorul face parte din categoria pilelor secundare, in care reactantii consumati in timpul producerii curentului electric se pot regenera prin trecerea unui curent electric prin pila in sens invers(electroliza). 

Bateria unui automobil este alcatuita din 6 acumulatoare cu plumb.

Alcatuirea acumulatorului cu plumb:

    Anod – gratar din aliaj de plumb cu golurile umplute cu plumb spongios;

    Catod – gratar din aliaj de plumb cu golurile umplute cu PbO2;

   Electrolit : solutie de H2SO4 38% (densitate 1,29 g/cm3) in stare incarcata.

Functionarea acumulatorului (descarcare):

(-) Pb0 + H2SO4  à Pb+2SO4  + 2H+  + 2e-  oxidare

(+)Pb+4O2  + H2SO4  + 2H+  + 2e-   à Pb+2SO4  + 2H2O reducere

Ecuatia reactiei generatoare de curent este:

Pb + PbO2 + 2 H2SO4   à (descarcare) 2PbSO4 + 2H2O

Tensiunea la borne a unei perechi de placi este initial de 2V.

In procesul decarcarii, acidul sulfuric se consuma, densitatea solutiei scade; acumulatorul functioneaza ca un element galvanic. Cand tensiunea ajunge la 1,8 V acumulatorul trebuie incarcat.

In timpul incarcarii reactiile au loc invers:

2PbSO4 + 2H2O à (incarcare) Pb + PbO2 + 2H2O

Acumulatorul cu plumb se foloseste ca sursa de energie pentu motoarele cu ardere interna, la actionare de autocare, la alimentarea unor instalatii de semnalizare, de alarma, in laboratoare ca sursa de curent continuu.

Ce este Pila Leclanche ?

Elementul  Leclancé este o pila primara, adica o pila in care curentul electric se produce prin reactii intre reactantii care se gasesc in pila si care nu se pot regenera.

Ce este Pila Daniell ?

A fost inventata in anul 1836; nu este utilizata frecvent, dar are o constructie simpla; de aceea vom analiza constructia ei si vom descrie modul in care functioneaza:

1. Placa de zinc trimite in solutie ioni de zinc, adica are loc un proces de oxidare; placuta se va incarca temporar negativ; placa de zinc si solutia de sulfat de cupru reprezinta anodul pilei.
(-) Zn – 2e-  Zn +2 oxidare

2. Simultan, ionii de cupru din solutia de sulfat de cupru se vor descarca pe placa de cupru, pozitivand-o temporar; placa de cupru si solutia de sulfat de cupru reprezinta catodul pilei.

        (+) Cu+2  + 2e-  à Cu reducere

3. Concomitent cu aceste reactii, electronii trec de pe placa de zinc prin conductorul metalic exterior pe placa de cupru si genereaza un curent electric care poate fi masurat cu un galvanometru; ionii SO4-2 trec prin diafragma de la catod la anod.

Rectia totala redox care are loc in pila este:

   Zn + Cu2+ -> Zn2+ + Cu

Pila Daniell se reprezinta conventional astfel:

  (-) Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu (+)

—Polul negativ, anodul, se scrie in stanga (Zn/Zn2+); —Polul pozitiv, catodul, se scrie in dreapta (Cu2+/Cu); —Liniile verticale reprezinta suprafata care desparte conductorul metalic de solutia in care se afla;Linia verticala dubla reprezinta diafragma care separa electrozii.

Rectia totala redox care are loc in pila este:

                   Zn + Cu²⁺ -> Zn²⁺ + Cu

Pila Daniell se reprezinta conventional astfel:

                  (-) Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu (+)

—  Polul negativ, anodul, se scrie in stanga (Zn/Zn²⁺);

—  Polul pozitiv, catodul, se scrie in dreapta (Cu²⁺/Cu);

—  Liniile verticale reprezinta suprafata care desparte conductorul metalic de solutia in care se afla;

—  Linia verticala dubla reprezinta diafragma care separa electrozii.

—  In timpul functionarii pilei, placa de cupru va avea o masa mai mare, iar placa de zinc mai mica; solutia de sulfat de cupru se dilueaza, in timp ce solutia de sulfat de zinc se concentreaza.

—    Se obtine un curent de circa 1 volt.

—    Se pot imagina si construi elemente galvanice pentru orice fel de reactie redox.

Se pot face pile galvanice din legume/fructe?

Răspunsul este : DA ! ; Se poate . O baterie facută din lămâie este un dispozitiv folosit în experimentele propuse în manualele de ştiinţă multe din întreaga lume . Aceasta se face prin inserarea două diferite obiecte metalice( de exemplu, un cui zincat şi o monedă de cupru) , într-o lamaie. Moneda de cupru serveşte ca electrod pozitiv sau catod şi cuiul galvanizat ca electrodul negativ producator de electrzi sau anozi. Aceste două obiecte lucrează ca electrozi, provocând o reacţie electrochimică care generează o diferenţă mică potenţial.

Daca sunteţi curioşi exact câtă energie produce o lămâie ,

Metoda de calcul = Volţi x Amperi = Watt

1 lămâie = 0.83V (aproximativ)  x  0.00015Amps = 0.0001245 Watts

Deci … pentru un bec  = 2.4V x 0.5Amps = 1.2 Watts, or 9,639 lămâi , un număr foarte mare de lămâi .

( Imagine luată de pe http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/4LemonCircuit.jpg , iar informaţii de pe http://en.wikipedia.org/wiki/Lemon_battery)

Ce chimişti români au adus aportul la pilele galvanice ?

„Pila termoelectrică cu temperatură uniformă” a fost imaginată şi realizată de către fizicianul Nicolae Vasilescu – Karpen şi prototipul său funcţionează neîntrerupt de 6 decenii.
Pila Karpen are electrozi din aur (lucios) şi platină neagră (poroasă) cufundaţi în acid sulfuric de înaltă puritate. În ceea ce priveşte modul de funcţionare, părerile „specialiştilor” sunt împărţite: unii afirmă că pila nu poate exista pentru că pune sub semnul întrebării principiul al doilea al termodinamicii, alţii afirmă că în realitate, pila nu contravine acestui principiul (transformarea energiei), şi nici principiului zero (echilibru termodinamic cu mediul) în formularea generalizată. Concluzia celor din urmă ar fi că pila Karpen funcţionează folosind exclusiv energia termică a mediului ambiant.
După aprecierea profesorului Solomon, preşedintele Societăţii Franceze de Fizică, savantul român a inventat pila şi după jumătate de secol oamenii au ajuns pe Lună cu ajutorul ei.

Ce alternative există la pilele galvanice?

Alternative pentru energia produsă de pilele galvanice ar putea fi :
* Combustibilii fosili :

Cărbunele

Petrolul şi gazele naturale

* Energia nucleară :

Uraniu

* Energiile alternative :

Energia solară

Energia eoliană

Energia geotermală

Energia mareelor

Energia hidroelectrică

(Informaţii luate de pe http://ro.wikipedia.org/wiki/Sursă_de_energie , iar imagini luate de pe http://www.google.ro/imgres?imgurl=http://www.sunenergyconsulting.ro/wp-content/uploads/2010/01/Centrala_utilizand_energia_mareelor.png&imgrefurl=http://www.sunenergyconsulting.ro/2010/02/&usg=__K3couQT_TZoozPmaQWo11AFGBOo=&h=2470&w=1000&sz=197&hl=ro&start=1&sig2=veERaLuE16qk2rODd7y_Mw&um=1&itbs=1&tbnid=huoBiPxNkeHrzM:&tbnh=150&tbnw=61&prev=/images%3Fq%3Denergie%2Bmareelor%26um%3D1%26hl%3Dro%26tbs%3Disch:1&ei=jm7-S7C4H8yO_Aa6_JCCDA ,  http://ro.wikipedia.org/wiki/Fișier:UraniumUSGOV.jpg , http://svetlannamanole.wordpress.com/2008/12/12/cat-de-mult-trebuie-ieftinita-benzina/)

La ce necesitaţi răspund reacţiile redox ?

Aplicaţii ale pilelor galvanice :

* Baterii mici pentru : telefoane , telecomenzi , mousuri etc.

* Baterii de maşini

* Pile de combustie(pentru avioane , submarine şi rachete )

* Generatoare de energie

Cum se transformă energia chimică in energie electrică ? De ce ?

Conversia electrochimică de energie se poate realiza pe diferite căi. Sursele respective se pot clasifica în:
– pile primare, în care energia electrică se produce prin reacţii între reactanţii care se găsesc în pilă şi care nu se mai pot regenera printr-un proces de electroliză;
– pile secundare (acumulatoare) in care reactantii consumati in timpul producerii energiei se pot regenera printr-un proces de electroliza;
– pile de combustie, in care reactantii sunt alimentati continuu de electrozi.

(Informaţii luate din cartea Chimie Organica editura Tehnica 1977 de Nihai Zapan şi Edith Beral , Imagine luată de pe http://en.wikipedia.org/wiki/File:Galvanic_Cell.svg , http://www.google.ro/imgres?imgurl=http://web.fccj.org/~ethall/2046/ch18/zncu.gif&imgrefurl=http://web.fccj.org/~ethall/2046/ch18/galvanic.htm&h=402&w=572&sz=34&tbnid=TugTfxzrzf6NgM:&tbnh=94&tbnw=134&prev=/images%3Fq%3Dgalvanic%2Bcells&hl=ro&usg=__2ksqgXAwsn2AI5gW_30leJPpv68=&ei=dHH-S7quO4WN_AaMvbDUCw&sa=X&oi=image_result&resnum=7&ct=image&ved=0CD8Q9QEwBg)