Pile Galvanice Si Electroliza

  • View
    4.847

  • Download
    4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Pilele Galvanice - Elementul galvanic- Electrodul- Anodul- Catodul- Bateria de acid de plumb- Bateria Edison- Bateria cu mercur- Pile alcaline- Pila Lenclanche- Pila Daniell- Pila voltaica (Wentston)- Stimulatorul cardiac- Componentele Stimulatorului Cardiac- Realizari recente- Pile electrice si avantaje Electroliza- electroliza apei- Legile lui Faraday- Prima lege- A doua lege- Importanta electrolizei

Transcript

Pile galvanice si ElectrolizaPilele Galvanice

Elementul galvanicPilele electrochimice (sau pilele galvanice) sunt sisteme in care energia chimica este transformata in energie electrica. Componente: 2 electrozi (doua semicelule); punte de sare; voltmetru; conductor metalic exterior;

Electrodul

Electrodul: la nivelul lui are loc oxidarea (in cazul anodului) sau reducerea (in cazul catodului). Combinarile dintre metalele care sunt folosite drept electrozi sunt date de seria de reactivitate . Puntea de sare: are rolul de a asigura neutralitatea solutiilor sarurilor celor doua metale care joaca rol de electrozi.

Anodul

masa electrodului de Zn scade; concentratia ionilor Zn2+ in solutie creste; ionii Cl- (din puntea de sare) se orienteaza spre aceasta semicelula spre a compensa nivelul ridicat al sarcinilor pozitive;

Catodul

masa placutei de Cu creste; concentratia ionilor sulfat (SO4) 2- din solutie creste; ionii K+ din puntea de sare se orienteaza spre aceasta semicelula spre a compensa nivelul ridicat al sarcinilor negative;

Bateria de acid de plumb

Acumulatorul care poate fi rencarcat prin inversarea reactiei chimice, a fost inventat in 1859 de fizicianul francez Gaston Plante. Bateria lui Plante era una din acid de plumb, un tip larg folosit astazi. Bateria de acid de plumb, care consta din trei sau sase baterii conectate n serie, este folosita la automobile, camioane si alte vehicule, marele ei avantaj este ca poate transmite un curent puternic de electricitate pentru a porni un motor, insa se descarca repede.

Bateria Edison

Un alt acumulator mult folosit este bateria alcalina sau bateria nichel - fier, dezvoltata de inventatorul american Thomas Edison n 1 900. Electrodul negativ din fier, cel pozitiv din oxid de nichel si electrolitul este o solutie de hidroxid de potasiu. Are dezavantajul de a emana hidrogen in timpul ncarcarii. Aceasta baterie este folosita n principal in aplicatii n industria grea. Bateria Edison functioneaza bine timp de 10 ani si produce circa 1.15V.

Bateria cu mercur

O alta pila galvanica folosita pe scara larga este bateria cu mercur. Poate lua forma unui disc mic si plat si este folosita n aceasta forma n aparate pentru auz, celule fotoelectrice si ceasuri de mana electrice. Electrodul negativ este din zinc, cel pozitiv din oxid de mercur, iar electrolitul este o solutie de hidroxid de potasiu. Bateria de mercur produce circa 1.34V.

Pile alcaline

Pilele alcaline sunt de dimensiuni foarte mici. Sunt utilizate la ceasuri, aparate auditive, camere video, minicalculatoare.

Pila Lenclanche

Cea mai comuna forma de pila galvanica este pila Leclanche inventata de chimistul francez Georges Leclanch n 1860 Pila Leclanch este frecvent utilizata pentru alimentarea aparatelor de radio cu tranzistori, a lanternelor de buzunar, la instalatii de semnalizare etc. Forta electromotoare a acestei pile este de 1,5 - 1 ,65 V, si scade pe masura ce pila se descarca.

Pila Daniell

Valorile seriei de activitate electrica ne sunt date de experimente numite elemente galvanice. n cadrul elementului galvanic un metal este pus ntr-o solutie de sare iar alt metal este pus n alta solutie de sare. Cele doua metale sunt conectate printrun fir. Acest ansamblu formeaza un circuit electric nchis. Aceasta este structura generala a unui element galvanic.

Pila voltaica (Wentston)

Zn Zn2+ + 2e- (oxidare) Cu2+ + 2e- Cu (reducere)

Pila voltaica standard, numita pila Wentston, a folosit la definirea voltului ca unitate de masura. Aceasta are poli din amalgam de cadmiu si sulfat de mercur si ca electrolit sulfat de cadmiu. Pila Volta este alcatuita din doi electrozi de Zn si Cu solutie de H2SO4 Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2

Stimulatorul cardiac

Stimulatoarele cardiace de astzi pot fi adaptate individual la orice tulburare a functiunii inimii. Prin stimulator cardiac se intelege de fapt un sistem stimulator compus din stimulatorul cardiac propriu zis si electrozii legati de acesta. Stimulatorul cardiac este un aparat cu care se produc impulsuri electrice; se compune dintr-un circuit electronic miniaturizat si o baterie compact. In prezent, stimulatorul cardiac se activeaza doar in situatia in care inima pacientului nu prezint un puls propriu.

Componentele Stimulatorului Cardiac

Cap de legatura transparent (Header) Carcas biocompatibila din titan Baterii de durata foarte lunga Circuit electronic

Realizari recente

Un lucru extrem de important obtinut in ultimii ani a fost acela al limitarii numarului reactiilor chimice necesare producerii energiei electrice. Imbunatatiri s-au produs si in domeniul puterii acestor baterii, care astazi variaza de la 15-100 microwati (stimulator cardiac) pina la 50 kW. Performantele bateriilor s-au imbogatit prin crearea anodului pe baza de litiu sau sodiu, dar si prin reducerea si, apoi, eliminarea mercurului. O inventie foarte apreciata a fost cea a bateriei hibride nichel-metal, in care electrozii hibrizii ofera posibilitatea obtinerii unei densitati mai mari a energiei. Cea mai recenta schimbare in domeniul bateriilor o reprezinta tehnologia pe baza de litiu, care, treptat, va inlocui hibridul nichel-metal.

Pile Electrice

Randamentul superior vor face din ele mijlocul de producere al energiei electrice privilegiat al secolului. Realizatorii de telefoane mobile sau de microcalculatoare portabile, viseaz de ani de zile: pila de combustie ar fi principalul mijloc de a crete autonomia produselor n mod considerabil. i industria automobilelor se intereseaz de aceast surs de energie "curat".

Avantajul Pilelor Electrice

Hidrogenul este energia viitorului? Un lucru este sigur: nu exist petrol la nesfrit. Domeniul nuclear este "delicat", i unora le-ar plcea s renune le el. Principalul interes: pilele de combustie nu polueaz aproape deloc, pentru c nu ard carburant, ci i recombin atomii. Singurele lor subproduse sunt apa i dioxidul de carbon, acest ultim element fiind din nefericire duntor pentru echilibrul termic al planetei (accentueaz efectul de ser). Aceste generatoare electrice sunt lipsite de elemente mecanice. Sunt deci foarte fiabile i silenioase.

ELECTROLIZA

Electroliza este un fenomen ce se petrece la trecerea curentului electric continuu prin solutia sau topitura unui electrolit. Fomenul este complex si consta atat in migratia ionilor pozitivi catre catod si a ionilor negativi spre anod, cat si in neutralizarea acestora. Astfel la electrozi, ionii capteaza, respectiv cedeaza electroni, tranformandu-se in atomi neutri sau grupe de atom. Acestia se pot depune ca atare pe electrod sau pot reactiona cu: moleculele dizolvantului, cu electrodul, sau intre ei . Se formeaza astfel produsi secundari ai electrolizei.

Electroliza apei

Prin electroliza apei acidulate se optine hidrogen si oxigen. Deci in solutie sunt prezenti ionii proveniti prin ionizarea apei si a acidului. 2H2O-H3O + HO Deci la catod se degaja hidrogenul iar la anod oxigenul. S-a prezentat o pila de combustie ce permite transformarea energiei chimice in energie electrica prin arderea hidrogenului in oxigen. Prin utilizarea pilelor de combustie hidrogenul devine combustibilul viitorului, iar apa este purtator de energie .

Legile lui Faraday

La trecerea curentului electric printrun electrolit, adica in timpul electrolizei, au loc cele doua procese distincte: - transportul curentului electric de catre ioni; - reactile chimice care se produc la electrozi; Pe baza experimentala, M. Faraday (1832-1833) a observat ca exista o relatie intre cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit si cantitatea de substanta transformata prin electroliza. Aceste observatii l-au condus la enuntarea legilor electrolizei sau legilor lui Faraday.

Prima lege

Cantitatea de substanta transformata la electrod este proportionala cu cantitatea care trece prin electrolit.

m= kIt= kQm - cantitatea de substanta transformata la electroliza I - intensitatea curentului t - timpul de electroliza k - o constanta de proportionalitate Q - cantitatea de curent care trece prin electrolit.

A doua legeCantitatile de substanta diferite, transformate la electrozi de aceiasi cantitate de electricitate, sunt proportionale cu echivalentii lor chimici. eN =(1,602.10-19 As)(6,023.10-23 val-1)= =96494 As . val-1=96494 C. val-1 26,8 Ah.val-1 Un faraday reprezinta cantitatea de electricitate necesara pentru a transforma la electroliza un echivalent-gram dintr-o substanta.

Importanta electrolizei

Prin electroliza se obtin mai multe produse chimice importante: hidroxidul de sodiu rezulta prin electroliza unei soluti apoase de clorura de sodiu odata cu clorul si hidrogenul; tot pe cale electronica se prepara hipocloritii de potasiu si de sodiu (KClO3, NaClO3), permanganatul de potasiu (KmnO4); prin descompunerea electrolitica a apei se obtin cantitati mari de oxigen si hidrogen etc. In metalurgie se aplica electroliza pentru extragerea unor metale din compusi, de exemplu Na, Al, sau la rafinarea Cu, Zn, Pb etc.