Pile Electrice Utilizate In Practica

Electrochimia este ramura chimiei care studiază legătura dintre energia chimică și energia electrică, precum și transformările lor reciproce.

Dispozitivul care transformă energia chimică în energie electrică este numit pilă electrică, celulă galvanică sau element galvanic.

Sursele electrochimice de curent electric pot fi surse primare și surse secundare.

Sursele primare clasice sunt cele mai vechi, nu reprezintă o soluție optimă punct de vedere economic deoarece se utilizează într-un singur ciclu funcțional pe seama unor reactanți aflați în pilă într-o anumită cantitate. Intensitatea curentului electric scade după un timp de funcționare, iar reactanții nu se pot regenera prin electroliză.

Sursele electrochimice secundare sau acumulatoarele electrice sunt surse de curent a căror capacitate de funcționare poate fi restabilită după descărcare, prin încărcare, adică prin trecerea curentului prin acumulator în sensul opus curentului de descărcare.

Cele mai răspândite surse electrochimice de curent sunt: Pila Leclanché și acumulatorul acid cu plumb

Pila Leclanché este frecvent utilizată pentru alimentarea aparatelor de radio cu tranzistori, a lanternelor de buzunar, la instalațiile de semnalizare, etc.

Acumulatorul acid cu plumb a fost construit în 1859 de inginerul francez Planté. Acest acumulator face parte din clasa celor mai răspândite surse chimice de curent, folosite pe larg în diferite domenii ale tehnicii.

Cuvinte cheie: electrochimia, Leclanché, acumulator.

Electrochimia este ramura chimiei care studiază legătura dintre energia chimică și energia electrică, precum și transformările lor reciproce.

Dispozitivul care transformă energia chimică în energie electrică este numit pilă electrică, celulă galvanică sau element galvanic.

Sursele electrochimice de curent electric pot fi surse primare și surse secundare.

Sursele primare clasice sunt cele mai vechi, nu reprezintă o soluție optimă punct de vedere economic deoarece se utilizează într-un singur ciclu funcțional pe seama unor reactanți aflați în pilă într-o anumită cantitate. Intensitatea curentului electric scade după un timp de funcționare, iar reactanții nu se pot regenera prin electroliză.

Sursele electrochimice secundare sau acumulatoarele electrice sunt surse de curent a căror capacitate de funcționare poate fi restabilită după descărcare, prin încărcare, adică prin trecerea curentului prin acumulator în sensul opus curentului de descărcare.

Sursele electrochimice de curent pot fi construite sub forme foarte variate, însă, în principiu, atât sursele primare cât și cele secundare sunt constituite din doi electrozi separați printr-un strat de electrolit.

Cele mai răspândite surse electrochimice de curent sunt: Pila Leclanché și acumulatorul acid cu plumb

Pila Leclanché (figura 1) este cea mai răspândită pilă primară, uscată.

Pila Leclanché este frecvent utilizată pentru alimentarea aparatelor de radio cu tranzistori, a lanternelor de buzunar, la instalațiile de semnalizare, etc.

Anodul pilei Leclanché este format dintr-un cilindru de zinc.

Catodul este format din cărbune, învelit într-un sac de pânză în care se găsește un amestec de dioxid de mangan și negru de fum. Electrolitul este o soluție apoasă de clorură de amoniu sau hidroxid de potasiu, clorură de zinc, amidon și făină de grâu.

Formula convențională a pilei este:

Reacțiile care au loc la electrozi sunt complexe, dar ele pot fi reprezentate prin următoarele ecuații chimice:

Ecuația reacției generatoare de curent electric este:

Forța electromotoare a pilei este de 1,5 – 1,6 V și scade pe măsură ce pila se descarcă. În mod frecvent se leagă în serie mai multe astfel de baterii. Importanța economică a pilei Leclanché rezidă în simplitatea manipulării și ușurința transportării ei.

Acumulatorul acid cu plumb (figura 2).

A fost construit în 1859 de inginerul francez Planté. Acest acumulator face parte din clasa celor mai răspândite surse chimice de curent, folosite pe larg în diferite domenii ale tehnicii.

Electrozii sunt confecționați din plăci de plumb, sub formă de grătar.

Ochiurile grătarului sunt umplute cu plumb spongios la anod și cu dioxid de plumb la catod.

Electrolitul este o soluție de acid sulfuric cu densitate 1,29 g/cm3 (concentrația 38%) pentru acumulatorul încărcat.

Acumulatorul acid cu plumb se simbolizează prin următorul lanț electrochimic:

Ecuațiile reacțiilor care se petrec la electrozi când acumulatorul furnizează energie electrică, adică se descarcă, sunt:

Ecuația reacției generatoare de curent electric este:

Reacțiile sunt reversibile, ceea ce permite regenerarea acumulatorului printr-un proces de electroliză. Acumulatorul trebuie ferit de îngheț, deoarece acumulatorul înghețat nu debitează curent.

În procesul de descărcare al acumulatorului (figura 3) poate apare sulfatarea plăcilor care este un proces de formare a unui exces de sulfat de plumb pe plăci și care împiedică reactivitatea lor și reîncărcarea acumulatorului. Eliminarea sulfatării este în principiu posibilă: se completează electrolitul cu apă distilată și apoi acumulatorul se încarcă. Eliminarea sulfatării este terminată când tensiunea și densitatea ajunse la valori normale nu mai cresc, timp de 4 ore.

Încărcarea acumulatorului (figura 4) trebuie făcută imediat ce se constată o descărcare importantă. Cele mai moderne și economice redresoare sunt cele cu tiristoare (semiconductori comandați, care pot regla parametrii redresorului: tensiune, intensitate).

La încărcare, se leagă polii acumulatorului la redresor cu bornele la aceeași polaritate astfel încât la cei doi poli ai acumulatorului se reface Pb la anod și respectiv PbO2 la catod. Când procesul de regenerare a maselor active s-a terminat, începe electroliza apei; degajarea de hidrogen și oxigen la cei doi electrozi constituie un indiciu pentru sfârșitul încărcării. Ecuația reacției ce are loc la încărcarea acumulatorului este:

Acumulatorul cu plumb restituie circa 80% din energia introdusă, dezvoltând la electrozi o t.e.m. de 2 V, care rămâne practic constantă în tot timpul funcționării. În mod obișnuit se utilizează baterii pentru autoturisme formate din 6 elemenți, pentru a furniza 12 V, iar la autocamioane baterii care conțin 12 elemenți pentru a furniza 24V.

Plumbul este un metal toxic pentru oameni și pentru mediul înconjurător deci, pentru a evita poluarea mediului cu acest metal este necesară recuperarea plumbului din acumulatoarele uzate.

Bibliografie

Luminița Ursea, Angela Kriza Chimie manual pt clasa a X-a ed. Humanitas educațional, București 2001, p 119 – 127

Acad Prif. Dr. Ing. Costin D. Nenițescu Chimie generala ediția a doua, ed tehnică, buc 1963 p 268 – 269

Acad Prif. Dr. Ing. Costin D. Nenițescu Chimie generala ediția a doua, ed didactica si pedagogica buc , buc p 463