Referat La Chimie, pe tema : Elemente Galvanice

Al elevului clasei a IX-A , Hustiuc Victor

Profesor: Ursachi Dorina

Liceul Teoretic de Informatia Grigore Moisil

Cuprins: Definitia: Element Galvanic

Ce este Pila Laclanche?

Ce este Pila Daniel ?

Cum se transforma energia chimica in energie electrica ?De ce ?

Din ce e alcatuit un acumulator ?

Cine a descoperit Pilele Galvanice?

Care sunt surserele de energie pentru avioane si navete spatiale ? La ce necesitati raspund reactiile redox?

Ce alternativa exista la pilele galvanice?

Ce chimisti au adus aportul la pilele galvanice ?

Se pot face pile galvanice din legume/fructe?

Ce este acumulatorul cu plumb ?

Element Galvanic Elementul galvanic (sau pila electric sau celul voltaic) este un generator de curent continuu bazat pe transformarea spontan a energiei chimice n energie electric.

Este alctuit din dou plci conductoare de naturi diferite (electrozii), introduse ntr-o soluie de electrolit; una din ele reprezint polul pozitiv (sau anodul) sursei de curent, iar a doua plac - polul negativ (sau catodul).

Un exemplu de element galvanic l constituie un vas cu soluie de acid sulfuric n care se afl dou plci metalice - una de zinc i cealalt de cupru; printr-un fir de conductor exterior, care leag cele dou plci (electrozii), circul un curent electric de la electrodul de cupru la cel de zinc. Numele de galvanic vine de la cel al doctorului italian Luigi Galvani, care l-a descoperit n timp ce fcea cercetri pe animale cu doi electrozi (srme) diferii. Numele de celul voltaic provine de la fizicianul italian Alessandro Volta, cel care a inventat i a perfecionat pila electric.Ce este Pila Laclanche ?

Elementul Leclanc este o pila primara, adica o pila in care curentul electric se produce prin reactii intre reactantii care se gasesc in pila si care nu se pot regenera.

Ce este Pila Daniel ?

A fost inventata in anul 1836; nu este utilizata frecvent, dar are o constructie simpla; de aceea vom analiza constructia ei si vom descrie modul in care functioneaza: 1. Placa de zinc trimite in solutie ioni de zinc, adica are loc un proces de oxidare; placuta se va incarca temporar negativ; placa de zinc si solutia de sulfat de cupru reprezinta anodul pilei.

(-) Zn 2e- Zn +2 oxidare

2. Simultan, ionii de cupru din solutia de sulfat de cupru se vor descarca pe placa de cupru, pozitivand-o temporar; placa de cupru si solutia de sulfat de cupru reprezinta catodul pilei.

(+) Cu+2 + 2e- Cu reducere

3. Concomitent cu aceste reactii, electronii trec de pe placa de zinc prin conductorul metalic exterior pe placa de cupru si genereaza un curent electric care poate fi masurat cu un galvanometru; ionii SO4-2 trec prin diafragma de la catod la anod.

Rectia totala redox care are loc in pila este:

Zn + Cu2+ -> Zn2+ + Cu

Pila Daniell se reprezinta conventional astfel:

(-) Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu (+)

Polul negativ, anodul, se scrie in stanga (Zn/Zn2+); Polul pozitiv, catodul, se scrie in dreapta (Cu2+/Cu); Liniile verticale reprezinta suprafata care desparte conductorul metalic de solutia in care se afla;Linia verticala dubla reprezinta diafragma care separa electrozii.

Rectia totala redox care are loc in pila este:

Zn + Cu2+ -> Zn2+ + Cu

Cum se transforma energia chimica in energie electrica ? De ce ?

Conversia electrochimic de energie se poate realiza pe diferite ci. Sursele respective se pot clasifica n:

pile primare, n care energia electric se produce prin reacii ntre reactanii care se gsesc n pil i care nu se mai pot regenera printr-un proces de electroliz;

pile secundare (acumulatoare) in care reactantii consumati in timpul producerii energiei se pot regenera printr-un proces de electroliza;

pile de combustie, in care reactantii sunt alimentati continuu de electrozi.Din ce e alcatuit un acumulator ?

O pil galvanic e alcatuit din dou jumti de pile. n forma sa cea mai simpl, fiecare jumtate e alcatuit dintr-un metal i o soluie de sare de metal. Soluia sare de conine un cation de metal i un anion pentru a menine echilibrul incrcaturii cationului. Defapt , o jumtate de pil conine metalul n dou stri de oxidare i reacia chimic din ea este una oxido-reductoare (redox) , scris astfel :

ntr-o celul galvanic un metal este capabil s reduc cationi de pe alt parte i, invers, cellalt cation poate oxida primul metal. Cele dou jumtai de pile trebuie s fie separate fizic, astfel nct soluiile nu se amestec mpreun. O punte de sare sau o plac de poros este folosit pentru a separa cele dou soluii.

Numrul de electroni transferai n ambele direcii trebuie s fie aceealai, astfel nct cele dou jumtate de celule sunt combinate pentru a da reacie electrochimic n ntreaga pil. Pentru dou metale A i B: Cine a descoperit Pilele Galvanice?

Care sunt surserele de energie pentru avioane si navete spatiale ?

Pilele de combustie sunt considerate a fi sursele chimice de curent ale viitorului. Cu toate c au fost puse n practic de peste 100 de ani, ele au fost utilizate mai mult ocazional, de exemplu n zboruri spaiale. Situaia s-a schimbat la nceputul secolului XXI, cnd interesul tiinific pentru pilele de combustie a crescut enorm.Pilele de combustie transform energia liber de oxidare a combustibilului (a metanolului, de exemplu) nu sub form de cldur, ca n motoarele termice, ci direct n energie electric. Se afirm c o pil de combustie produce electricitate pe cale electrochimic, printr-o combustie rece (cold combustion). Un caz contrar este cel al pilelor secundare (acumulatori) care primesc electricitate (produs n alt parte, de exemplu la o termocentral, unde cldura rezultat la arderea combustibililor este folosit la obinerea aburului, care pune n funciune turbinele i n final dinamul genereaz energie electric). La ncrcarea acumulatorilor se produc reacii chimice la fiecare din cei doi electrozi, pn la un gradient de energie liber maxim; procesul de ncrcare constituie o stocare a energiei electrice. Acumulatorul ncrcat poate apoi elibera energia stocat atunci cnd este necesar, printr-o reacie spontan i ciclul se reia. Deci, principial, pila de combustie produce electricitate, n timp ce acumulatorul este un stocator de electricitate.Descoperirea pilelor de combustie este atribuit unui judector englez, sir William Robert Grove. Din 1800 era cunoscut electroliza apei cu generare de H2i O2, realizat de Nicholson i Carlisle. Grove i-a pus ntrebarea: dac este nevoie de electricitate pentru ca din ap s rezulte cele dou gaze, nu s-ar putea ca reacia chimic dintre ele, ntr-un dispozitiv identic, s dea electricitate. Sir William a decis s ncerce experimental s afle rspunsul. n 1839 a lucrat cu o celul cu electrozi identici din folie de platin, n care a barbotat hidrogen la un electrod i aer la cellalt. Prin conductorul de legtur se obinea curent att timp ct dura barbotarea, voltmetrul indicnd o tensiune de aproximativ 0,6 V. Pentru a verifica eventualele utilizri practice, Grove a legat n serie 50 de astfel de pile, rezultnd o tensiune convenabil, de 20 30 V. Publicat nc din 1839, descoperirea pilei de combustie nu a impresionat prea mult pe cercettorii vremii.O caracteristic deosebit de important a pilelor de combustie o constituie conversia deosebit de eficient a combustibililor n energie electric. Dac motoarele nu pot produce energie mecanic peste un anumit randament (20-30% pentru motoarele cu combustie intern), sursele electrochimice nu au aceast limitare. Pilele de combustie au randamente teoretice maxime de circa 90%, iar randamentul practic este ntre 50-65%, deci dublu fa de cel al motoarelor termice sau al termocentralelor. Pilele de combustie prezint i avantajul c evit poluarea creat de combustia incomplet a hidrocarburilor n motoarele clasice.Care sunt surserele de energie pentru avioane si navete spatiale ?

Pila de combustie de mai sus se compune din electrozi de Titan cu catalizator de Platin (1), membran schimbtoare de ioni (2) i me (3) pentru meninerea cotei de ap n membrana schimbtoare de ioni .

Principalele utilizri ale pilelor de combustie sunt:

pentru aplicaii spaiale i locuri izolate;

pentru aplicaii staionare;

pentru aplicaii la traciunea electric.La ce necesitati raspund reactiile redox?

Ce alternativa exista la pilele galvanice?Alternative pentru energia produs de pilele galvanice ar putea fi :

* Combustibilii fosili :

Carbunele

Petrol si gaze naturale

Uraniu

Si altele precum:

1)Energia Solara

2)Energia Eoliana

3)Energia Geotermalelor

4)Energia Mareelor

5)Energia Hidroelectrica

Ce chimisti au adus aportul la pilele galvanice

Pila termoelectric cu temperatur uniform a fost imaginat i realizat de ctre fizicianul Nicolae Vasilescu Karpen i prototipul su funcioneaz nentrerupt de 6 decenii.

Pila Karpen are electrozi din aur (lucios) i platin neagr (poroas) cufundai n acid sulfuric de nalt puritate. n ceea ce privete modul de funcionare, prerile specialitilor sunt mprite: unii afirm c pila nu poate exista pentru c pune sub semnul ntrebrii principiul al doilea al termodinamicii, alii afirm c n realitate, pila nu contravine acestui principiul (transformarea energiei), i nici principiului zero (echilibru termodinamic cu mediul) n formularea generalizat. Concluzia celor din urm ar fi c pila Karpen funcioneaz folosind exclusiv energia termic a mediului ambiant.

Dup aprecierea profesorului Solomon, preedintele Societii Franceze de Fizic, savantul romn a inventat pila i dup jumtate de secol oamenii au ajuns pe Lun cu ajutorul ei.

Se pot face pile galvanice din legume/fructe?

Rspunsul este : DA ! ; Se poate . O baterie facut din lmie este un dispozitiv folosit n experimentele propuse n manualele de tiin multe din ntreaga lume . Aceasta se face prin inserarea dou diferite obiecte metalice( de exemplu, un cui zincat i o moned de cupru) , ntr-o lamaie. Moneda de cupru servete ca electrod pozitiv sau catod i cuiul galvanizat ca electrodul negativ producator de electrzi sau anozi. Aceste dou obiecte lucreaz ca electrozi, provocnd o reacie electrochimic care genereaz o diferen mic potenial.

Daca suntei curioi exact ct energie produce o lmie ,

Metoda de calcul = Voli x Amperi = Watt

1 lmie = 0.83V (aproximativ) x 0.00015Amps = 0.0001245 Watts

Deci pentru un bec = 2.4V x 0.5Amps = 1.2 Watts, or 9,639 lmi , un numr foarte mare de lmi .

Ce este acumulatorul cu plumb ?

Acumulatorul cu plumb este o pila cu electrolit lichid realizat pentru prima oara, in anul 1859, de inginerul francez Gaston Plant.

Electrodul negativ este format dintr-un gratar de plumb cu ochiurile umplute cu plumb spongios, iar electrodul pozitiv este construit tot dintr-un gratar de plumb cu ochiurile umplute cu dioxid de plumb. Electrolitul este acid sulfuric de concentratie 38% (p = 1,29 g/cm 3 ) pentru acumulatorul incarcat.

In timpul functionarii acumulatorului, cnd acesta debiteaza curent electric, la cei doi electrozi au loc procesele care pot fi reprezentate prin ecuatiile:Reactia totala presupune transformarea Pb si a Pb0 2 in PbSO 4 prin consumarea acidului.La ambii electrozi se formeaza PbSO 4 insolubil, care adera la placi, se sulfateaza. Granulele fine de PbSO 4 formate initial se maresc in timpul functionarii, astfel incat randamentul acumulatorului scade.

Se poate constata daca un acumulator este incarcat sau nu prin masurarea concentratiei acidului sulfuric, mai precis prin determinarea densitatii solutiei.

Acumulatorul poate fi reincarcat prin conectarea acestuia la o sursa de curent continuu astfel, inct curentul debitat de sursa sa aib sens opus celui debitat de acumulator; la electrozi se produc astfel reactiile inverse celor indicate.

F.e.m. a unei cebule este de aproximativ 2V. Frecvent se utilizeaza baterii formate din trei sau sase celule legate in serie pentru a produce 6 V sau 12 V.

In afara acumulatorilor cu plumb se utilizeaza acumulatoare alcaline de tip Ni-Fe si Ni- Cd. Acestea prezint avantajul ca permit desfasurarea unui numr mare de descarcri incarcari fara deteriorarea placilor

Bibliografie :

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/58/4LemonCircuit.jpg http://en.wikipedia.org/wiki/Lemon_battery) http://ro.wikipedia.org/wiki/Surs_de_energie http://www.google.ro/imgres?imgurl=http://www.sunenergyconsulting.ro/wp-content/uploads/2010/01/Centrala_utilizand_energia_mareelor.png&imgrefurlhttp://www.sunenergyconsulting.ro/2010/02/&usg=__K3couQT_TZoozPmaQWo11AFGBOo=&h=2470&w=1000&sz=197&hl=ro&start=1&sig2=veERaLuE16qk2rODd7y_Mw&um=1&itbs=1&tbnid=huoBiPxNkeHrzM:&tbnh=150&tbnw=61&prev=/images%3Fq%3Denergie%2Bmareelor%26um%3D1%26hl%3Dro%26tbs%3Disch:1&ei=jm7-S7C4H8yO_Aa6_JCCDA, http://ro.wikipedia.org/wiki/Fiier:UraniumUSGOV.jpg,http://svetlannamanole.wordpress.com/2008/12/12/cat-de-mult-trebuie-ieftinita-benzina/) https://galvcell.wordpress.com/category/pile-galvanice/page/2/ http://ro.wikipedia.org/wiki/Element_galvanicn 1780, Luigi Galvani(1737-1798) a descoperit c atunci cnd dou metale diferite (cupru i de zinc, de exemplu) se conecteaz i apoi ambele ating diferitele pri ale unui nerv al unui picior broasc, n acelai timp,atunci ele fac contractul cu picior. El a numit aceasta energie energie electric animalic.

Aplicaii ale pilelor galvanice :

* Baterii mici pentru : telefoane , telecomenzi , mousuri etc.

* Baterii de maini

* Pile de combustie(pentru avioane , submarine i rachete )

* Generatoare de energie