e-kimya05
Depoladigi kimyasal enerjiyi daha sonra elektrik olarak veren bir düzenek ticari pil olarak isimlendirilir. Bazi piller iki elektrot ve uygun elektrolit içeren tek bir volta pilinden meydana gelmislerdir. Flas pili buna örnektir. Diger ticari piller toplam potansiyeli arttirmak için artidan eksiye seri baglanmis iki veya daha fazla volta pilinden meydana gelmislerdir. Otomobil aküsü bu türe örnek verilebilir. Bu kesimde üç tür inceleyecegiz.
· Birincil ticari piller: Hücre tepkimesi tersinir degildir. Tepkenlerin büyük kismi ürünlere dönüstügünde, artik daha fazla elektrik üretilmez ve pil biter.
· Ikincil ticari piller (akümülatörler) : Hücre tepkimesi aküden elektrik geçirilerek tersine dönebilir (yükleme). Böylece bir pil her bosalisindan sonra yüklenerek birkaç yüz kez kullanilma olanagi vardir.
· Akis pilleri ve yalit pilleri : Bu tür piller, içlerinden tepkenler, ürünler ve elektrolitler geçirilirken kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüstüren düzeneklerdir.
Leclanché Pili (Kuru Pil)
Serbest sivisi olmadigindan herkesce kuru pil veya flas pili olarak adlandirilan Leclanché pilinde, çinko anotta yükseltgenme, karbon (grafit) Katotda ise indirgenme meydana gelir. Elektrolit, MnO2, ZnCl2, NH4Cl ve karbon siyahi içeren islak bir macun kivamindadir. Maksimum pil potansiyeli 1,55 V dur.
Yükseltgenme : Zn(k) → Zn2+(aq) + 2e-
Indirgenme : 2 MnO2(k) + H2O(s) + 2 e- → Mn2O3(k) + 2 OH-(aq)
NH4Cl den gelen NH4+ ile OH- arasinda asit-baz tepkimesi meydana gelir.
NH4+(aq) + OH-(aq) → NH3(g) + H2O(s)
Akimi bozmasi nedeniyle katot civarinda NH3(g) artisina izin verilmez. Bu durum, Zn2+ ile NH3(g) dan [Zn(NH3)2]2+ kompleks iyonu olusturan bir tepkimeyle önlenip, kompleks iyon, klorür tuzu olarak kristallenir.
Zn2+(aq) + 2 NH3(g) + 2 Cl-(aq) → [Zn(NH3)2]Cl2(k)
Pilin ana bilesenleri indirgenmenin oldugu grafit (karbon) çubuk olup (katot olarak çalisir) çinko kap (anottur) ve bir elektrolit görevi görür.
Leclanché pili birincil bir pildir, tekrardan dolmaz. Leclanché pilini yapmak ucuz ise de bazi sakincalari sunlardir; pilden hizla akim çekildiginde, ürünlerin elektrotlardaki artisi voltaj düsmesine sebep olur ve elektrolit ortami asidik oldugundan çinko metali yavas yavas çözünür.
Leclanché pillerinin daha üstün bir türü, elektrolit olarak NH4Cl yerine NaOH veya KOH in kullanildigi bazik pillerdir. Indirgenme yari-tepkimesi yukarida görülenle aynidir. Bazik pilin üstünlükleri, çinkonun bazik ortamda asidik ortamdaki gibi kolayca çözünmemesi ve pilden akim çekilirken pilin voltajini koruyarak daha iyi is yapmasidir. Yükseltgenme yari-tepkimesiyle Zn(OH)2(k) meydana gelir.
Zn(k) → Zn2+(aq) + 2 e-
Zn2+(aq) + 2 OH-(aq) → Zn(OH)2(k)
-------------------------------------------------
Zn(k) + 2 OH-(aq) → Zn(OH)2(k) + 2 e-
Kursun-Asit Pili (Akümülatör)
Kullandigi kimyasal tepkimeler tersinir oldugundan bir akümülatör tekrar kullanilabilir. Yani pile yeniden elektrik akimi verilerek bosalan enerji yeniden depolanalip kullanilabilir. Kursun-asit pilindeki tepkenler, anotta bir kursun izgara içine sikica doldurulmus kursun metali, Katotta kursun izgara içine doldurulmus kirmizi-kahverengi kursun (IV) oksit ve kütlece yaklasik % 35 lik seyreltik sülfürik asittir. Bu kuvvetli asidik ortamda H2SO4 tümüyle iyonlasmaz. Ortamda HSO4-(aq) ve SO42-(aq) bulunur, fakat HSO4-(aq) daha fazladir. Yari-tepkimeler ve net tepkime asagidaki gibidir.
Indirgenme : PbO2(k) + 3 H+(aq) + HSO4-(aq) + 2 e- → PbSO4(k) + 2 H2O(s)
Yükseltgenme : Pb(k) + HSO4-(aq) → PbSO4(k) + H+(aq) + 2 e-
------------------------------------------------------------------------------------
Net Tepkime : PbO2(k) + Pb(k) + 2 H+(aq) + 2 HSO4-(aq) → 2 PbSO4(k) + 2 H2O(s)
Gümüs-Çinko Pili: Dügme Pil
Bir gümüs-çinko hücresinin diyagrami asagidaki gibi yazilabilir.
Zn(k), ZnO(k) | KOH(doygun) | Ag2O(k), Ag(k)
Bosalma sirasindaki yari-tepkimeler asagidaki gibidir.
Indirgenme: Ag2O(k) + H2O(s) + 2 e- → 2 Ag(k) + 2 OH-(aq)
Yükseltgenme : Zn(k) + 2 OH-(aq) → ZnO(k) + H2O(s) + 2 e-
-----------------------------------------------------------------------
Net Tepkime : Zn(k) + Ag2O(k) → ZnO(k) + 2 Ag(k)
Net tepkimede çözelti olmadigindan, elektrolit miktari çok azdir ve elektrotlar birbirine çok yakin tutulabilir. Gümüs-çinko hücresinin depolama kapasitesi ayni boyuttaki kursun-asit hücresininkinden yaklasik alti kez daha büyüktür. Bu sebepler gümüs-çinko hücresini “dügme” pil olarak kullanisli yapar. Bu çok küçük piller saatlerde, elektronik hesap makinelerinde, isitme cihazlarinda ve fotograf makinelerinde kullanilabilir.
Nikel-Kadmiyum Pili: Yeniden Yüklenebilir Pil
Nikel-kadmiyum pili veya nikad pili genelde elektrikli tras makineleri ve el hesap makineleri gibi kordonsuz elektrikli cihazlarda kullanilir. Bu pildeki anot kadmiyum metalidir, katot ise nikel metali üzerine tutturulmus Ni(III) bilesigi NiO(OH) dir. Nikel-kadmiyum pilinin bosalimi sirasindaki yari-hücre tepkimeleri asagidaki gibidir.
Indirgenme : 2 NiO(OH)(k) + 2 H2O(s) + 2 e- → 2 Ni(OH)2(k) + 2 OH-(aq)
Yükseltgenme: Cd(k) + 2 OH-(aq) → Cd(OH)2(k) + 2 e-
---------------------------------------------------------------------------------
Net Tepkime : Cd(k) + 2 NiO(OH)(k) + 2H2O(s) → 2 Ni(OH)2(k) + Cd(OH)2(k)
Bu pil 1,4 V luk oldukça sabit bir voltaj verir ve pili bir dis voltaj kaynagina baglayarak yeniden yüklerken yukaridaki tepkime tersine döner.