Pile galvanice si Pile galvanice si ElectrolizaElectroliza

Pilele GalvanicePilele Galvanice

Elementul galvanicElementul galvanic

Pilele electrochimice (sau pilele Pilele electrochimice (sau pilele galvanice) sunt sisteme in care energia galvanice) sunt sisteme in care energia chimica este transformata in energie chimica este transformata in energie electrica. electrica.

Componente: Componente: 2 electrozi (doua semicelule); 2 electrozi (doua semicelule); punte de sare; punte de sare; voltmetru; voltmetru; conductor metalic exterior; conductor metalic exterior;

ElectrodulElectrodul

Electrodul: la nivelul lui are loc Electrodul: la nivelul lui are loc oxidarea (in cazul anodului) sau oxidarea (in cazul anodului) sau reducerea (in cazul catodului). reducerea (in cazul catodului). Combinarile dintre metalele care sunt Combinarile dintre metalele care sunt folosite drept electrozi sunt date de folosite drept electrozi sunt date de seriaseria de de reactivitatereactivitate . .

Puntea de sarePuntea de sare: are rolul de a asigura : are rolul de a asigura neutralitatea solutiilor sarurilor celor neutralitatea solutiilor sarurilor celor doua metale care joaca rol de electrozi.doua metale care joaca rol de electrozi.

AnodulAnodul

masa electrodului de Zn scade; masa electrodului de Zn scade; concentratia ionilor Zn2+ in solutie concentratia ionilor Zn2+ in solutie

creste; creste; ionii Cl- (din puntea de sare) se ionii Cl- (din puntea de sare) se

orienteaza spre aceasta semicelula orienteaza spre aceasta semicelula spre a compensa nivelul ridicat al spre a compensa nivelul ridicat al sarcinilor pozitive; sarcinilor pozitive;

CatodulCatodul

masa placutei de Cu creste; masa placutei de Cu creste; concentratia ionilor sulfat (SO4) 2- concentratia ionilor sulfat (SO4) 2-

din solutie creste; din solutie creste; ionii K+ din puntea de sare se ionii K+ din puntea de sare se

orienteaza spre aceasta semicelula orienteaza spre aceasta semicelula spre a compensa nivelul ridicat al spre a compensa nivelul ridicat al sarcinilor negative; sarcinilor negative;

Bateria de acid de plumbBateria de acid de plumb Acumulatorul care poate fi Acumulatorul care poate fi

reîncarcat prin inversarea reîncarcat prin inversarea reactiei chimice, a fost inventat reactiei chimice, a fost inventat in 1859 de fizicianul francez in 1859 de fizicianul francez Gaston Plante. Bateria lui Gaston Plante. Bateria lui Plante era una din acid de Plante era una din acid de plumb, un tip larg folosit astazi. plumb, un tip larg folosit astazi.

Bateria de acid de plumb, care Bateria de acid de plumb, care consta din trei sau sase baterii consta din trei sau sase baterii conectate în serie, este folosita conectate în serie, este folosita la automobile, camioane si alte la automobile, camioane si alte vehicule, marele ei avantaj este vehicule, marele ei avantaj este ca poate transmite un curent ca poate transmite un curent puternic de electricitate pentru puternic de electricitate pentru a porni un motor, insa se a porni un motor, insa se descarca repede. descarca repede.

Bateria Edison Bateria Edison

Un alt acumulator mult folosit este bateria Un alt acumulator mult folosit este bateria alcalina sau bateria nichel - fier, dezvoltata alcalina sau bateria nichel - fier, dezvoltata de inventatorul american Thomas Edison în 1 de inventatorul american Thomas Edison în 1 900. Electrodul negativ din fier, cel pozitiv 900. Electrodul negativ din fier, cel pozitiv din oxid de nichel si electrolitul este o solutie din oxid de nichel si electrolitul este o solutie de hidroxid de potasiu. Are dezavantajul de a de hidroxid de potasiu. Are dezavantajul de a emana hidrogen in timpul încarcarii. emana hidrogen in timpul încarcarii.

Aceasta baterie este folosita în principal in Aceasta baterie este folosita în principal in aplicatii în industria grea. Bateria Edison aplicatii în industria grea. Bateria Edison functioneaza bine timp de 10 ani si produce functioneaza bine timp de 10 ani si produce circa 1.15V. circa 1.15V.

Bateria cu mercur Bateria cu mercur

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

Pile alcaline Pile alcaline

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

Pila LenclanchePila Lenclanche Cea mai comuna forma de Cea mai comuna forma de

pila galvanica este pila pila galvanica este pila Leclanche inventata de Leclanche inventata de chimistul francez Georges chimistul francez Georges Leclanch în 1860Leclanch în 1860

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

Forta electromotoare a Forta electromotoare a acestei pile este de 1,5 - acestei pile este de 1,5 - 1 ,65 V, si scade pe masura 1 ,65 V, si scade pe masura ce pila se descarca.ce pila se descarca.

Pila Daniell Pila Daniell Valorile seriei de Valorile seriei de

activitate electrica ne activitate electrica ne sunt date de experimente sunt date de experimente numite elemente numite elemente galvanice. În cadrul galvanice. În cadrul elementului galvanic un elementului galvanic un metal este pus într-o metal este pus într-o solutie de sare iar alt solutie de sare iar alt metal este pus în alta metal este pus în alta solutie de sare. Cele solutie de sare. Cele doua metale sunt doua metale sunt conectate printr-un fir. conectate printr-un fir. Acest ansamblu Acest ansamblu formeaza un circuit formeaza un circuit electric închis. Aceasta electric închis. Aceasta este structura generala a este structura generala a unui element galvanic. unui element galvanic.

Pila voltaica (Wentston)Pila voltaica (Wentston)

Pila voltaica standard, Pila voltaica standard, numita numita pila Wentstonpila Wentston, a , a folosit la definirea voltului folosit la definirea voltului ca unitate de masura. ca unitate de masura. Aceasta are poli din Aceasta are poli din amalgam de cadmiu si amalgam de cadmiu si sulfat de mercur si ca sulfat de mercur si ca electrolit sulfat de electrolit sulfat de cadmiu. cadmiu.

Pila Volta Pila Volta este alcatuita este alcatuita din doi electrozi de Zn si din doi electrozi de Zn si Cu solutie de H2SO4Cu solutie de H2SO4

Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2Zn Zn2+ + 2e- (oxidare) Cu2+ + 2e- Cu (reducere)

Stimulatorul cardiacStimulatorul cardiac Stimulatoarele cardiace de astãzi 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 compactã. In prezent, stimulatorul cardiac se activeaza doar in situatia in care inima pacientului nu prezintã un puls propriu.

Componentele Componentele Stimulatorului CardiacStimulatorului Cardiac

Cap de legatura Cap de legatura transparent transparent (Header)(Header)

Carcasã Carcasã biocompatibila biocompatibila din titandin titan

Baterii de durata Baterii de durata foarte lungafoarte lunga

Circuit electronicCircuit electronic

Realizari recente Realizari recente Un lucru extrem de important obtinut in ultimii ani a Un lucru extrem de important obtinut in ultimii ani a

fost acela al limitarii numarului reactiilor chimice fost acela al limitarii numarului reactiilor chimice necesare producerii energiei electrice. Imbunatatiri s-au necesare producerii energiei electrice. Imbunatatiri s-au produs si in domeniul puterii acestor baterii, care astazi produs si in domeniul puterii acestor baterii, care astazi variaza de la 15-100 microwati (stimulator cardiac) pina variaza de la 15-100 microwati (stimulator cardiac) pina la 50 kW. la 50 kW.

Performantele bateriilor s-au imbogatit prin crearea Performantele bateriilor s-au imbogatit prin crearea anodului pe baza de litiu sau sodiu, dar si prin anodului pe baza de litiu sau sodiu, dar si prin reducerea si, apoi, eliminarea mercurului. O inventie reducerea si, apoi, eliminarea mercurului. O inventie foarte apreciata a fost cea a bateriei hibride nichel-foarte apreciata a fost cea a bateriei hibride nichel-metal, in care electrozii hibrizii ofera posibilitatea metal, in care electrozii hibrizii ofera posibilitatea obtinerii unei densitati mai mari a energiei. obtinerii unei densitati mai mari a energiei.

Cea mai recenta schimbare in domeniul bateriilor o Cea mai recenta schimbare in domeniul bateriilor o reprezinta tehnologia pe baza de litiu, care, treptat, va reprezinta tehnologia pe baza de litiu, care, treptat, va inlocui hibridul nichel-metal.inlocui hibridul nichel-metal.

Pile ElectricePile Electrice

Randamentul superior vor face din ele Randamentul superior vor face din ele mijlocul de producere al energiei mijlocul de producere al energiei electrice privilegiat al secolului. electrice privilegiat al secolului.

Realizatorii de telefoane mobile sau de Realizatorii de telefoane mobile sau de microcalculatoare portabile, visează de microcalculatoare portabile, visează de ani de zile: pila de combustie ar fi ani de zile: pila de combustie ar fi principalul mijloc de a creşte principalul mijloc de a creşte autonomia produselor în mod autonomia produselor în mod considerabil. Şi industria automobilelor considerabil. Şi industria automobilelor se interesează de această sursă de se interesează de această sursă de energie "curată". energie "curată".

Avantajul Pilelor Avantajul Pilelor ElectriceElectrice

Hidrogenul este energia viitorului? Un lucru Hidrogenul este energia viitorului? Un lucru este sigur: nu există petrol la nesfârşit. este sigur: nu există petrol la nesfârşit. Domeniul nuclear este "delicat", şi unora le-ar Domeniul nuclear este "delicat", şi unora le-ar plăcea să renunţe le el.plăcea să renunţe le el.

Principalul interes: pilele de combustie nu Principalul interes: pilele de combustie nu poluează aproape deloc, pentru că nu ard poluează aproape deloc, pentru că nu ard carburant, ci îşi recombină atomii. Singurele lor carburant, ci îşi recombină atomii. Singurele lor subproduse sunt apa şi dioxidul de carbon, acest subproduse sunt apa şi dioxidul de carbon, acest ultim element fiind din nefericire dăunător ultim element fiind din nefericire dăunător pentru echilibrul termic al planetei (accentuează pentru echilibrul termic al planetei (accentuează efectul de seră). efectul de seră). Aceste generatoare electrice Aceste generatoare electrice sunt lipsite de elemente mecanice. Sunt deci sunt lipsite de elemente mecanice. Sunt deci foarte fiabile şi silenţioase. foarte fiabile şi silenţioase.

ELECTROLIZAELECTROLIZA Electroliza este un fenomen ce se petrece la Electroliza este un fenomen ce se petrece la

trecerea curentului electric continuu prin solutia trecerea curentului electric continuu prin solutia sau topitura unui electrolit.sau topitura unui electrolit.

Fomenul este complex si consta atat in migratia Fomenul este complex si consta atat in migratia ionilor pozitivi catre catod si a ionilor negativi spre ionilor pozitivi catre catod si a ionilor negativi spre anod, cat si in neutralizarea acestora. Astfel la anod, cat si in neutralizarea acestora. Astfel la electrozi, ionii capteaza, respectiv cedeaza electrozi, ionii capteaza, respectiv cedeaza electroni, tranformandu-se in atomi neutri sau electroni, tranformandu-se in atomi neutri sau grupe de atom. grupe de atom.

Acestia se pot depune ca atare pe electrod sau pot Acestia se pot depune ca atare pe electrod sau pot reactiona cu: moleculele dizolvantului, cu reactiona cu: moleculele dizolvantului, cu electrodul, sau intre ei . electrodul, sau intre ei .

Se formeaza astfel produsi secundari ai electrolizei.Se formeaza astfel produsi secundari ai electrolizei.

Electroliza apeiElectroliza apei Prin electroliza apei acidulate Prin electroliza apei acidulate

se optine hidrogen si oxigen. se optine hidrogen si oxigen. Deci in solutie sunt prezenti Deci in solutie sunt prezenti ionii proveniti prin ionizarea ionii proveniti prin ionizarea apei si a acidului. apei si a acidului.

2H2O-H3O + HO 2H2O-H3O + HO Deci la catod se degaja Deci la catod se degaja

hidrogenul iar la anod oxigenul.hidrogenul iar la anod oxigenul. S-a prezentat o pila de S-a prezentat o pila de

combustie ce permite combustie ce permite transformarea energiei chimice transformarea energiei chimice in energie electrica prin in energie electrica prin arderea hidrogenului in oxigen. arderea hidrogenului in oxigen. Prin utilizarea pilelor de Prin utilizarea pilelor de combustie hidrogenul devine combustie hidrogenul devine combustibilul viitorului, iar apa combustibilul viitorului, iar apa este purtator de energie .este purtator de energie .

Legile lui FaradayLegile lui Faraday La trecerea curentului electric La trecerea curentului electric

printr-un electrolit, adica in printr-un electrolit, adica in timpul electrolizei, au loc cele timpul electrolizei, au loc cele doua procese distincte:doua procese distincte:

- transportul curentului - transportul curentului electric de catre ioni;electric de catre ioni;

- reactile chimice care se - reactile chimice care se produc la electrozi;produc la electrozi;

Pe baza experimentala, M. Pe baza experimentala, M. Faraday (1832-1833) a observat Faraday (1832-1833) a observat ca exista o relatie intre ca exista o relatie intre cantitatea de electricitate care cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit si trece printr-un electrolit si cantitatea de substanta cantitatea de substanta transformata prin electroliza. transformata prin electroliza. Aceste observatii l-au condus la Aceste observatii l-au condus la enuntarea enuntarea legilor electrolizei legilor electrolizei sau sau legilor lui Faraday.legilor lui Faraday.

Prima legePrima lege Cantitatea de substanta Cantitatea de substanta

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

m= kIt= kQ m= kIt= kQ m - m - cantitatea de cantitatea de

substanta transformata la substanta transformata la electrolizaelectroliza

I - intensitatea curentuluiI - intensitatea curentului t - t - timpul de electrolizatimpul de electroliza k - k - o constanta de o constanta de

proportionalitateproportionalitate Q Q - cantitatea de curent - cantitatea de curent

care trece prin electrolit.care trece prin electrolit.

A doua legeA doua lege Cantitatile de substanta diferite, transformate Cantitatile de substanta diferite, transformate

la electrozi de aceiasi cantitate de la electrozi de aceiasi cantitate de electricitate, sunt proportionale cu electricitate, sunt proportionale cu echivalentii lor chimici.echivalentii lor chimici.

eN =(1,602eN =(1,602..10-19 As)(6,02310-19 As)(6,023..10-23 val-1)=10-23 val-1)= =96494 As =96494 As . . val-1=96494 Cval-1=96494 C. . val-1 val-1 26,8 Ah26,8 Ah..val-1val-1 Un faraday reprezinta cantitatea de Un faraday reprezinta cantitatea de

electricitate necesara pentru a transforma la electricitate necesara pentru a transforma la electroliza un echivalent-gram dintr-o electroliza un echivalent-gram dintr-o substanta.substanta.

Importanta electrolizeiImportanta electrolizei Prin electroliza se obtin mai multe produse Prin electroliza se obtin mai multe produse

chimice importante: hidroxidul de sodiu rezulta chimice importante: hidroxidul de sodiu rezulta prin electroliza unei soluti apoase de clorura prin electroliza unei soluti apoase de clorura de sodiu odata cu clorul si hidrogenul; tot pe de sodiu odata cu clorul si hidrogenul; tot pe cale electronica se prepara hipocloritii de cale electronica se prepara hipocloritii de potasiu si de sodiu (KClO3, NaClO3), potasiu si de sodiu (KClO3, NaClO3), permanganatul de potasiu (KmnO4); prin permanganatul de potasiu (KmnO4); prin descompunerea electrolitica a apei se obtin descompunerea electrolitica a apei se obtin cantitati mari de oxigen si hidrogen etc.cantitati mari de oxigen si hidrogen etc.

In metalurgie se aplica electroliza pentru In metalurgie se aplica electroliza pentru extragerea unor metale din compusi, de extragerea unor metale din compusi, de exemplu Na, Al, sau la rafinarea Cu, Zn, Pb etc.exemplu Na, Al, sau la rafinarea Cu, Zn, Pb etc.