3.1. Considerente teoretice
Sistemele în care energia chimică se transformă în energie electrică se numesc pile electrice. Experimental s-a constatat încă din anul 1800 că reacţiile redox permit transformarea energiei chimice în energie electrică, dispozitivul fiind numit element galvanic, alcătuit din doi electrozi (pozitiv-catod şi negativ- anod), şi o soluţie de electrolit.
La cei doi electrozi au loc reacţii redox: la catod are loc procesul de reducere, iar la anod procesul de oxidare.
Pila Volta este alcătuită din electrozi de Zn şi Cu, în soluţie de H2SO4.
De la inventarea primei baterii, aşa numita pilă voltaică, în anul 1800 de către fizicianul italian Alessandro Volta, şi, în special, de la apariţia celulei Daniell în 1836, bateriile au devenit o sursă de electricitate comună multor aplicaţii atât din aria casnică, cât şi din aria industrială [42].
Schematic, pila Daniell poate fi reprezentată[43]:
La cei doi electrozi au loc reacţii redox: la catod are loc procesul de reducere, iar la anod procesul de oxidare.
Pila Volta este alcătuită din electrozi de Zn şi Cu, în soluţie de H2SO4.
De la inventarea primei baterii, aşa numita pilă voltaică, în anul 1800 de către fizicianul italian Alessandro Volta, şi, în special, de la apariţia celulei Daniell în 1836, bateriile au devenit o sursă de electricitate comună multor aplicaţii atât din aria casnică, cât şi din aria industrială [42].
Schematic, pila Daniell poate fi reprezentată[43]:
1. Placa de zinc trimite în soluţie ioni de zinc
(-) Zn – 2e-→ Zn +2
2. Simultan, ionii de cupru din soluţia de sulfat de cupru se vor descărca pe placa de cupru
(+) Cu+2 + 2e- →Cu
3. Concomitent cu aceste reacţii, electronii trec de pe placa de zinc prin conductorul metalic exterior pe placa de cupru şi generează un curent electric; ionii SO4-2 trec prin diafragmă de la catod la anod.
Reacţia totală redox care are loc în pilă este:
Zn + Cu2+→ Zn2+ + Cu
Pila Daniell se reprezintă convenţional astfel:
(-) Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu (+)
(-) Zn – 2e-→ Zn +2
2. Simultan, ionii de cupru din soluţia de sulfat de cupru se vor descărca pe placa de cupru
(+) Cu+2 + 2e- →Cu
3. Concomitent cu aceste reacţii, electronii trec de pe placa de zinc prin conductorul metalic exterior pe placa de cupru şi generează un curent electric; ionii SO4-2 trec prin diafragmă de la catod la anod.
Reacţia totală redox care are loc în pilă este:
Zn + Cu2+→ Zn2+ + Cu
Pila Daniell se reprezintă convenţional astfel:
(-) Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu (+)
3.2. Rezultate proprii
3.2.1.Materiale şi ustensile: vas cu două compartimente (cutie spălare pensoane) cu capac şi 2 orificii, două plăcuţe de cupru, două plăcuţe de zinc, plăcuţă conductoare de legătură (punte), fire conductoare (unul roşu, celălalt negru), display ceas electronic, adeziv poxipol, apă de la robinet, bandă izolatoare, model molecular cu bile (apa),
3.2.2. Mod de lucru
Folosind principiul de funcţionare a pilelor electrice, am confecţionat din două bucăţi metalice (cupru şi zinc) câte doi electrozi de fiecare material. Electrozii au formă de L, iar pe latura mică am făcu câte o gaură pentru a putea lega firele conductoare, respectiv puntea de legătură între cele două celule.
O plăcuţă de zinc a fost concetată cu una de cupru prin intermediul conductorului de legătură cu şuruburi.
Cealaltă plăcuţă de zinc (anod) este legată cu un fir conductor negru, iar plăcuţa de cupru (catod) cu un fir conductor roşu. Firul negru se leagă la polul pozitiv al diplay-ului, iar firul roşu la polul negativ.
Am fixat cei doi electrozi în cele două celule. Celelalte două plăcuţe cu punte le-am imobilizat pe peretele despărţitor al celor două celule, astfel încât în celula cu anodul să fie plăcuţa de cupru, iar în celula cu catodul să fie plăcuţa din zinc. Astfel, am realizat două celule conectate în serie pentru a dubla voltajul.
Ca electrolit am folosit apa de la robinet, care trebuie schimbată la interval de 2-3 săptămâni.
O plăcuţă de zinc a fost concetată cu una de cupru prin intermediul conductorului de legătură cu şuruburi.
Cealaltă plăcuţă de zinc (anod) este legată cu un fir conductor negru, iar plăcuţa de cupru (catod) cu un fir conductor roşu. Firul negru se leagă la polul pozitiv al diplay-ului, iar firul roşu la polul negativ.
Am fixat cei doi electrozi în cele două celule. Celelalte două plăcuţe cu punte le-am imobilizat pe peretele despărţitor al celor două celule, astfel încât în celula cu anodul să fie plăcuţa de cupru, iar în celula cu catodul să fie plăcuţa din zinc. Astfel, am realizat două celule conectate în serie pentru a dubla voltajul.
Ca electrolit am folosit apa de la robinet, care trebuie schimbată la interval de 2-3 săptămâni.
3.2.3. Concluzii
1. O problemă a societăţii actuale este nevoia crescândă de electricitate
2. De asemenea, poluarea cu bateriile uzate este o problemă reală şi stingentă
3. Studiul reacţiilor redox şi a pilelor electrice ne-a deschis calea spre a încerca să construim o pilă cu apă
4. Acumulând la fizică noţiuni de bază despre circuite, considerând că timpul este important, am confecţionat un ceas cu apă, nepoluant
2. De asemenea, poluarea cu bateriile uzate este o problemă reală şi stingentă
3. Studiul reacţiilor redox şi a pilelor electrice ne-a deschis calea spre a încerca să construim o pilă cu apă
4. Acumulând la fizică noţiuni de bază despre circuite, considerând că timpul este important, am confecţionat un ceas cu apă, nepoluant