PIL TÜRLERI, ÖZELLIKLERI VE REAKSIYONLARI - KIMYA - 2025

Piyasada kendi özelliklerine sahip farklı tipte piller alabilirsiniz . Voltaik hücrelerden başka bir şey olmayan piller, tüketicilere her yerde elektrik enerjisini yanlarında alma avantajı sağlar (şartlar çok ağır olmadığı sürece).

Piller genellikle yalıtımlı olarak satın alınabilir; ama aynı zamanda birbirleriyle seri veya paralel bağlanmış olarak da elde edilirler, bunların seti batarya olarak adlandırılır. Ve bu nedenle bazen 'piller' ve 'piller' terimleri, aynı olmadıklarında bile ayrım gözetmeksizin kullanılmaktadır.

Alkalin piller: en popüler pil türlerinden biridir. Kaynak: Pexels.

Yığınlar, diğer malzemelerden yapıldıkları gibi sayısız renk, şekil ve boyutta olabilir. Aynı şekilde ve daha da önemlisi, elektrik üreten kimyasal reaksiyonların meydana geldiği iç yapısı, onları birbirinden ayırmaya hizmet eder.

Örneğin, yukarıdaki görüntü en yaygın olanlardan biri olan üç alkalin pili göstermektedir. Alkalin terimi, elektronların salınmasının ve akışının meydana geldiği ortamın bazik olduğu gerçeğini ifade eder; yani, pH'ı 7'den büyüktür ve OH ^- anyonlar ve diğer negatif yükler baskındır .

Genel sıralama

Bazı farklı pil türlerini ele almadan önce, bunların küresel olarak birincil veya ikincil olarak sınıflandırıldığını bilmek gerekir.

Birincil

Birincil piller, tüketildikten sonra atılması veya geri dönüştürülmesi gereken pillerdir, çünkü elektrik akımının dayandığı kimyasal reaksiyon geri döndürülemez. Bu nedenle şarj edilemezler.

Genelde elektrik enerjisini yeniden şarj etmenin pratik olmadığı uygulamalarda kullanılırlar; askeri cihazlarda olduğu gibi, savaş alanının ortasında. Aynı şekilde, daha az enerji kullanan ekipmanlar için tasarlanmıştır, böylece daha uzun süre dayanırlar; örneğin, uzaktan kumandalar veya taşınabilir konsollar (Gameboy, Tetris ve Tamagotchi gibi).

Başka bir örnek vermek gerekirse, alkali piller de birincil tipe aittir. Genellikle silindirik şekillere sahiptirler, ancak bu, silindirik pillerin ikincil veya şarj edilebilir olamayacağı anlamına gelmez.

liseler

Birincil pillerden farklı olarak ikincil piller, güçleri bittikten sonra yeniden şarj edilebilir.

Bunun nedeni, içlerinde oluşan kimyasal reaksiyonların tersine çevrilebilir olması ve bu nedenle belirli bir voltaj uygulandıktan sonra ürün türlerinin tekrar reaktif hale gelmesine ve reaksiyonun yeniden başlamasına neden olmasıdır.

Bazı ikincil hücreler (pil olarak adlandırılır), birincil olanlar gibi genellikle küçüktür; bununla birlikte, daha fazla enerji tüketen ve birincil pil kullanımının ekonomik ve enerji açısından pratik olmayacağı cihazlara yöneliktirler. Örneğin, cep telefonu pilleri ikincil hücreler içerir.

Ayrıca, ikincil hücreler büyük ekipman veya devreler için tasarlanmıştır; örneğin, birkaç pil veya voltaik hücreden oluşan araba aküleri.

Genellikle birincil pillerden ve pillerden daha pahalıdırlar, ancak uzun süreli kullanım için daha uygun ve etkili bir seçenek haline gelirler.

Diğer görüşler

Yığınlar, birincil veya ikincil olarak sınıflandırılır; ancak ticari veya popüler olarak, genellikle şekillerine (silindirik, dikdörtgen, düğme tipi), amaçlanan cihaza (kameralar, araçlar, hesap makineleri), adlarına (AA, AAA, C, D, N, A23, vb.) göre sınıflandırılırlar. ) ve IEC ve ANSI kodları.

Ayrıca, voltajları (1.2 ila 12 volt), kullanım ömürleri ve fiyatları gibi özellikler, tüketicinin gözünde onlara belirli bir sınıflandırma vermekten sorumludur.

Pil türlerinin listesi

-Karbon-çinko

Karbon-çinko piller (Leclanché piller veya salin piller olarak da bilinir) en ilkel pillerden biridir ve şu anda diğer pillere kıyasla neredeyse hiç kullanılmadığı düşünülmektedir; özellikle biraz daha pahalı olmalarına rağmen alkalin pillere göre daha uzun ömürlü ve voltajları vardır.

Adından da anlaşılacağı gibi, elektrotları sırasıyla anot ve katoda karşılık gelen bir çinko kutu ve bir grafit çubuktan oluşur.

İlk elektrotta anot, elektronlar metalik çinkonun oksidasyonu ile ortaya çıkar. Bu elektronlar daha sonra cihazı elektrik enerjisi ile besleyen harici bir devreden geçerler ve daha sonra grafit katoduna ulaşırlar ve burada daldırıldığı manganez dioksiti indirgeyerek döngü tamamlanır.

Tepkiler

Elektrotlarda meydana gelen reaksiyonların kimyasal denklemleri şunlardır:

Zn (k) → Zn ²⁺ (ac) + 2e ^- (Anot)

2 MnO ₂ (k) + 2e ^- + 2 NH ₄ Cl (aq) → Mn ₂ O ₃ (s) + 2 NH ₃ (aq) + H ₂ O (l) + 2 Cl ^- (aq) (Katot)

Bu piller, alkalin pillere çok benzer: her ikisi de silindiriktir (resimdeki gibi). Bununla birlikte, karbon-çinko piller, dışarıda etiketlenen özellikler ayrıntılı olarak okunduğunda veya IEC kodlarının önünde R harfi varsa ayırt edilebilir. Voltajları 1,5 V'dur.

-Alkalin

Alkalin piller, elektrotların bulunduğu ortamın OH ^- anyonları içermesi farkıyla, karbon-çinko tipine çok benzer . Bu ortam, OH katkı potasyum hidroksit, KOH, güçlü elektrolit oluşur ^- katılmak ve elektron göç "işbirliği yapmaya".

En yaygın olanı 1.5V olmasına rağmen, farklı boyutlarda ve voltajlarda gelir. Piyasadaki belki de en iyi bilinen pillerdir (örneğin Duracell).

Elektrotlarınızda meydana gelen reaksiyonlar şunlardır:

Zn (k) + 2OH ^- (aq) → ZnO (k) + H ₂ O (l) + 2e ^- (Anot)

2MnO ₂ (s) + H ₂ O (□) + 2e ^- → Mn ₂ O ₃ (k) + 2OH ^- (sulu) (katot)

Sıcaklık arttıkça, reaksiyonlar o kadar hızlı gerçekleşir ve piller o kadar hızlı boşalır. İlginç bir şekilde, yaşam sürelerini uzatmak için onları dondurucuya koymak için yaygın söylentiler yayıldı; Bununla birlikte, soğutulduğunda içeriği, müteakip kusurlara veya risklere yol açabilecek olası katılaşmaya uğrayabilir.

Merkür

Gümüş oksit pil ile karıştırılabilecek olası cıva pil. Kaynak: Multicherry.

Cıva piller, kendilerine özgü gümüş düğme şekillerinden dolayı çok karakteristiktir (yukarıdaki resim). Hemen hemen herkes onları ilk bakışta tanırdı. Ayrıca alkalindirler, ancak katotlarında grafit ve manganez dioksit, cıva oksit, HgO'ya ek olarak; indirgendikten sonra metalik cıvaya dönüşür:

Zn (k) + 2OH ^- (aq) → ZnO (k) + * H ₂ O (□) + 2e ^-

Sonra HgO (ler) + H ₂ O + 2e ^- → Hg (k) + 2 OH ^-

Bu hücre reaksiyonlarında OH ^- anyonlarının nasıl tüketildiğine ve yeniden üretildiğine dikkat edin .

Küçük piller olduğundan saatler, hesap makineleri, oyuncak kontrolleri gibi küçük cihazlar için tasarlanmıştır. Bu nesnelerden herhangi birini kullanmış olan herhangi biri, pilleri neredeyse "sonsuza kadar" değiştirmenin gerekli olmadığını anlayacaktır; bu yaklaşık olarak 10 yıla eşittir.

Gümüş oksit

Gümüş oksit piller. Kaynak: Lukas A, CZE.

Cıva pillerin temel kusuru, atıldıklarında, bu metalin toksik özelliklerinden dolayı çevre için ciddi bir sorun teşkil etmeleridir. Belki de bu yüzden IEC ve ANSI kodlarından yoksundur. Gümüş oksit piller için, IEC kodlarından önce S harfi gelir.

Cıva pillerin ikamelerinden biri gümüş oksit pillere karşılık gelir, çok daha pahalıdır, ancak daha az ekolojik etkiye sahiptir (üstteki resim). Çinkoyu alkali korozyondan korumak için başlangıçta cıva içeriyorlardı.

1.5V voltajla mevcuttur ve uygulamaları civa pilinkine çok benzer. Aslında ilk bakışta her iki pil de aynı görünüyor; ancak çok daha büyük gümüş oksit yığınları olabilir.

Elektrotlarındaki reaksiyonlar:

Zn (k) + 2OH ^- (sulu) → Zn (OH) ₂ (k) + 2 e ^-

Ag ₂ O (k) + 2H ⁺ (sulu) + 2e ^- → 2AG (ler) + H ₂ O (I)

Su daha sonra elektrolize uğrar ve H ⁺ ve OH ^- iyonlarına ayrışır .

Katot üzerinde cıva yerine metalik gümüş oluştuğunu unutmayın.

-Nikel-kadmiyum (NiCad)

NiCd pil. Kaynak: LordOider.

Bu noktadan itibaren ikincil hücreler veya piller dikkate alınır. Cıva piller gibi nikel kadmiyum piller de metal kadmiyum nedeniyle çevreye (yaban hayatı ve sağlık için) zararlıdır.

Yüksek elektrik akımları oluşturmaları ile karakterize edilirler ve çok sayıda yeniden şarj edilebilirler. Aslında toplam 2000 kez şarj edilebilirler ki bu da olağanüstü dayanıklılığa eşittir.

Elektrotları, katot için nikel oksit hidroksit, NiO (OH) ve anot için metalik kadmiyumdan oluşur. Temelde kimyasal mantık aynı kalır: kadmiyum (çinko yerine) elektronları kaybeder ve kadmiyum NiO (OH) onları kazanır.

Yarım hücre reaksiyonları:

Cd (k) + 2OH ^- (sulu) → Cd (OH) ₂ (k) + 2e ^-

2NiO (OH) (k) + 2H ₂ O (l) + 2e ^- → 2Ni (OH) ₂ (k) + OH ^- (sulu)

OH ^- anyonları yine KOH elektrolitinden gelir. NiCad piller daha sonra nikel ve kadmiyum metal hidroksitler üretir.

Paketler halinde tek tek veya birleştirilmiş olarak kullanılırlar (sarı renkteki gibi, yukarıdaki resim). Bu yüzden büyük veya küçük paketler halinde gelirler. Küçükler oyuncaklarda kullanılır; ama büyükleri uçaklar ve elektrikli araçlar için kullanılıyor.

-Nikel-metal hidrit (Ni-HM)

Ni-HM piller. Kaynak: Flickr'dan Ramesh NG (https://www.flickr.com/photos/rameshng/5645036051)

NiCad'i enerji kapasitelerinde aşan iyi bilinen bir başka pil veya pil Ni-HM'dir (nikel ve metal hidrit). Silindirik formatta (geleneksel piller, yukarıdaki resim) veya bir pille bağlanmış olarak gelebilir.

Kimyasal olarak, NiCad pilleriyle hemen hemen aynı özelliklere sahiptir, temel farkı negatif elektrotudur: katot kadmiyum değil, nadir toprakların ve geçiş metallerinin metaller arası bir alaşımıdır.

Bu alaşım, yükleme sırasında oluşan hidrojeni absorbe ederek karmaşık bir metal hidrit (dolayısıyla adındaki H harfi) üretmekten sorumludur.

Ni-HM piller daha fazla güç sağlasa da (yaklaşık% 40 daha fazla), daha pahalıdırlar, daha çabuk aşınırlar ve NiCad pillerle aynı sayıda şarj edilemezler; yani, daha kısa kullanım ömürleri vardır. Bununla birlikte, hafıza etkisinden yoksundurlar (tamamen boşalmamaları nedeniyle pillerin performans kaybı).

Bu nedenle uzun süreli çalışan makinelerde kullanılmamalıdır; LSD-NiHM piller ile bu sorun hafifletilmesine rağmen. Benzer şekilde Ni-HM hücreleri veya pilleri, bir risk oluşturmadan geniş bir sıcaklık aralığında çalışabilen çok kararlı termal özelliklere sahiptir.

Tepkiler

Elektrotlarınızda meydana gelen reaksiyonlar şunlardır:

Ni (OH) ₂ (s) + OH ^- (aq) ⇌ NiO (OH) (k) + * H ₂ O (I) + e ^-

H ₂ O (□) + M (k) + e ^- ⇌ OH ^- (aq) + M (lar)

-Ion-lityum

Bir dizüstü bilgisayar için lityum iyon pil. Kaynak: Wikipedia'dan Kristoferb.

Lityum pillerde ve pillerde , artan pozitif yük nedeniyle elektrostatik itmelerin bir ürünü olan anottan katoda aktarılan Li ⁺ iyonlarının göçüne dayanırlar.

Dizüstü bilgisayar pilleri (üstteki resim) gibi bazıları yeniden şarj edilebilir ve diğerleri, silindirik ve dikdörtgen piller (LiSO ₂ , LiSOCl ₂ veya LiMnO ₂ ) şarj edilemez.

Lityum iyon piller, çok hafif ve enerjik olmaları ile karakterize edilirler, bu da onların akıllı telefonlar ve tıbbi cihazlar gibi birçok elektronik cihazda kullanılmasına izin verir. Aynı şekilde, hafıza etkisinden neredeyse hiç etkilenmezler, şarj yoğunlukları NiCad ve Ni-HM hücrelerinin ve pillerin şarj yoğunluğunun üzerindedir ve boşalmaları daha uzun sürer.

Ancak, yüksek sıcaklıklara, hatta patlamaya karşı çok hassastırlar; ve ek olarak, diğer pillere kıyasla daha pahalı olma eğilimindedirler. Yine de, lityum piller piyasada olumlu görülüyor ve birçok tüketici bunları en iyi olarak değerlendiriyor.

Asit kurşun

Otomobiller için tipik kurşun asitli aküler. Kaynak: Tntflash

Adından da anlaşılacağı gibi ve son olarak, kurşun asit bakterileri, OH içermeyen ^- ama H ⁺ iyonları ; özellikle konsantre bir sülfürik asit çözeltisi. Voltaik hücreler, kutularının içinde (üstteki resim) bulunur; burada üç veya altı tanesi, sırasıyla 6 veya 12 V'luk bir batarya verecek şekilde seri olarak bağlanabilir.

Büyük miktarlarda elektrik yükü oluşturabilir ve çok ağır olduklarından, manuel olarak taşınamayan uygulamalar veya cihazlar için tasarlanmıştır; örneğin arabalar, güneş panelleri ve denizaltılar. Bu asit batarya en eskisidir ve halen otomotiv endüstrisinde kullanılmaktadır.

Elektrotları kurşundan yapılmıştır: katot için PbO ₂ ve anot için süngerimsi metalik kurşun. İçlerinde meydana gelen reaksiyonlar:

Pb (k) + HSO ^- ₄ (aq) → PbSO ₄ (k) + H ⁺ (aq) + 2e ^-

PbO ₂ (s) + HSO ^- ₄ (aq) + 3H ⁺ (aq) + 2e ^- → PbSO ₄ (s) + 2H ₂ O (l)

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya. (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
2. Odunlade Emmanuel. (24 Temmuz 2018). Farklı pil türleri ve uygulamaları. Devre Özeti. Kurtarıldı: Circuitdigest.com
3. ÖLÇEK. (Sf). Pil türleri. Prba.org'dan kurtarıldı
4. Isidor Buchman. (2019). En iyi pil nedir? Pil Üniversitesi. : Batteryuniversity.com'dan kurtarıldı
5. McGraw-Hill Şirketleri. (2007). Bölüm 12: Piller. . Kurtarıldı: oakton.edu
6. Shapley Patricia. (2012). Yaygın pil türleri. Illinois Üniversitesi. Kurtarıldı: butane.chem.uiuc.edu
7. Ekolojik Tutum. (22 Ocak 2017). Pil türleri: mevcut pillerle eksiksiz kılavuz. Kurtarıldı: actitudecologica.com