Kimya Deneyleri- Pil ve Akü Deneyi

              

DENEY NO: 3

DENEYİN AMACI: Pil ve akülerin çalışma sitemi, kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümünün anlaşılması

TEORİK BİLGİ:

     Bir elektrik akımının yönü sabit veya değişken olabilir. Elektrik devresinde elektrik akımı sürekli aynı yönde akıyor ve yönü hiç değişmiyorsa bu akıma doğru akım, bu akımı sağlayan kaynaklara da doğru akım kaynakları denir. Doğru akım kaynakları pil, doğru akım jeneratörü ve akümülatörlerdir. 

Pil : Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere pil denir.Pillerin içinde kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşürken pilin kutupları arasında potansiyel fark meydana gelir. Bu potansiyeller eşit oluncaya kadar piller devreye akım verir.

Pillerin Sınıflandırılması:

1)a.     Primer Piller

b.    Sekonder piller (akümülatörler)

2)

a.Reversibil Piller

b.İreversibil Piller

Elektro kimyasal piller ise iki ana gruba ayrılır.

1)       Elektrolitik Piller

2)       Galvanik Piller

Elektrik enerjisi kaynağı olarak kullanılan galvanik piller sanayi pilleridir.Sanayi pilleri kendi aralarında üçe ayrılır :

Primer Piller: Bu piller pilin enerjisini sağlayan maddelerden biri tükendiği zaman çalışmaz hale gelen pillerdir. Bu piller şarj olmazlar, yenileyebilmek için pilde, tükenen maddeyi yeniden koymak gerekir. En önemli türleri kuru pil ve alkali pillerdir. 

Sekonder Piller (akümülatörler): Enerji kaynaklarından bir ya da ikisi bittiğinde zıt bir akımla tekrar doldurulabilen pillerdir. Akümülatörler hem teker teker kullanılabilirler, hem de kurşun asit akümülatörlerinde olduğu gibi birkaç tanesi seri olarak bağlanarak kullanılabilir.Akümülatörler kullanılan çözelti ve elektrotlara göre adlandırılırlar.En önemli iki tip akümülatör vardır. 

       Kurşun asit akümülatörler: Bu akümülatörün anodu gözenekli kurşun, katodu ise PbO₂ hamuru ile kaplıdır.Akümülatörlerin en çok kullanılan çeşididir.Kurşunlu akümülatörler ilk kullanıldıklarında 2,2 voltluk gerilime sahiptirler. Çalışmaya başladıktan sonra gerilimi 2 volta düşer ve çalışması bu voltla devam eder.Akümülatörler kullanılmaya başlandığında her iki elektrotta da kurşun sülfat birikmeye başlar. Çözeltideki sülfürik asit miktarı giderek azalır. Buna bağlı olarak da akümülatörün devreye verdiği akım azalır, dolayısıyla iş göremez hale gelir.Bu duruma gelen akü tekrar doğru akım güç kaynağına bağlanarakşarj edilir. Akümülatörün şeması;

Pb^-     H2SO_4(çöz)       PbO₂,Pb⁺

Pil çalışırken gerçekleşen reaksiyonlar;

Anotta;

Pb       Pb⁺² +2e^-

Pb⁺²  + SO4^-2     PbSO₄ + 2e^-

Pb + SO4^-2      PbSO₄ +2e^-

 

Katotta;

 PbO₂  + 4H⁺ +2e^-         Pb⁺² +2H₂O

Pb⁺² +   SO4^-2   PbSO₄     

PbO₂  +4H⁺+SO₄^-2 + 2e^-        PbSO⁺ + 2H₂O

Toplam reaksiyon bu reaksiyonların toplamından olur.

 

Pb + PbO2 + 2H2SO4                           2PbSO4 + 2H2O

 

                                            dolma

 

       Alkali akümülatörler:Bu akümülatörlerin yaygın üç tipi vardır.

 

             I.      Nikel demir akümülatörleri

           II.      Nikel kadminyum akümülatörleri:En yaygın olarak kullanılan alkali akümülatördür. Gerilimi yaklaşık 1,2 volttur.

         III.      Gümüş Çinko akümülatörleri

 

Tüm alkali pillerde dikkat edilecek noktalardan biri de elektrolitin, havanın karbondioksiti ile teması sonucunda karbonatlaşarak aktivitesinin azalmasını önlemektir. Bunun için de elektrolitin konsantrasyonu sık sık kontrol edilmeli ve akünün kapaklarının iyi kapatılarak elektrolitle havanın temasının önlenmesi gerekir. Kapakların üzerini parafinle sıvamak iyi olur.

 

C.  Yakıt Pilleri:Kimyasal enerjiyi yüksek bir verimle elektriksel enerjiye çeviren primer pillerdir. Şarj olmazlar fakat yapımları sağlam ve kusursuz ise uzun zaman kullanılabilirler.

 

Galvanik piller de kendi aralarında şöyle gruplandırılır.

A)KONSANTRASYON PİLLERİ

1)Elektrolit konsantrasyon pilleri: Bu pillerin elektrotları aynı maddeden fakat farklı konsantrasyonlardadır. Metal iyonu pilleri bu sınıftandır. 

a)Taşımalı Piller

b)Taşımasız Piller

2)Elektrot konsantrasyon Pilleri:Bu pillere malgama elektrotlarından oluşmuş piller örnek olarak gösterilebilir.

B)KİMYASAL PİLLER

a)Taşımalı Piller

b)Taşımasız Piller

C)FİZİKSEL PİLLER

a)Yerçekimi Pilleri

b)Alotropik Piller

            Piller en basit yapılı üreteçlerdir. Birçok pilin bir araya gelmesiyle batarya adı verilen düzenekler oluşur. Bataryalardaki pil sayısı arttıkça bataryanın elektrik akımı da artar. En basit akım kaynakları pillerdir.

 

Kuru Pil: İletken bir sıvı içerisine ayrı özellikte iki ayrı iletken çubuk koyarak kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilecek bir pil yapabiliriz. En basit pil aynı cins eriyik içerisine batırılmış cins iki elektrottan  ibarettir.

 

            Kuru pilde pozitif elektrot silindir şeklinde bir karbon (kömür) çubuktur. Negatif kutup ise çinkodan yapılmış bir kaptır. Karbon çubuğun çevresi %75 mangan dioksit ile %25 kadarı toz grafitten oluşan bir karışımla sarılmıştır. Bu karışım %20’lik amonyum klorür çözeltisi ile nemlendirilir. Pilin elektroliti amonyum klorür çözeltisidir. Çinkodan yapılmış olan negatif elektrot öteki maddeler için kap görevini de görür.  ……(1)

 

            Kuru pil akım verirken çinko kap çözünerek çinko klorür (ZnCl₂ ) oluşturur. Kömür çubuk çevresinde hidrojen gazı toplanır. Bu gaz ise yükün geçişini zorlaştırır. Kömür çubuk etrafında mangan dioksit, manganın başka oksitlerine dönüşerek hidrojenin bu olumsuz etkisini azaltır.

 

            Doğru akım kaynaklarından biri de güneş pilleridir. Güneş pilleri güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştürürler. Bu piller doğru akım verdiğinden doğru akım kaynağı olarak kullanılırlar. Günümüzde saatlerde, hesap makinelerinde, uydularda ve elektrik aletlerinde kullanılmaktadır.

 

            Bunlardan başka doğru akım jeneratörleri de doğru akım kaynaklarıdır. Bu jeneratörler çeşitli enerjileri doğru akım enerjisine dönüştürürler. Dinamolar da hareket enerjisini doğru akım enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Bisikletlerde ve taşıtlarda kullanılırlar.  

Korozyon : Korozyon, metallerin tepkimeye girerek, iyon, oksit veya hidratlı hidroksit durumuna geçmesi olayıdır. Bu olayın ekonomik etkisi çok önemlidir. Her yıl, yıllık çelik üretiminin dörtte biri kadar bir kayba sebep olur. Genellikle en sık rastlanan korozyon çeşidi elektrokimyasal türdendir. Korozyon durumundaki metal, gerçekte kısa devre yapmış bir pil gibi davranır. Elektrokimyasal pillerin kendiliğinden oluşması genellikle tehlikelidir.  

KULLANILAN ARAÇ VE GEREÇLER :

       Beher

       İki adet üzerinde PbO₂ ve Pb bulunan plaka

       Saf su ve H₂SO₄ çözeltisi

       İki adet krokodilli kablo

       1 adet duy

       1 adet 1.5 voltluk ampul

Deneyin Yapılışı

500 ml lik beherin içine belli bir miktarda su koyduk. Suyun içine sülfirik asit koyduk. Suya, üzeri Pb ve PbO₂     ile kaplanmış plakaları daldırdık.

.     Plakalar kablo vasıtasıyla anahtara ve lambaya bağladık. Ve anahtarı açtık, lambanın yandığını gördük. Eğer sülfirik asit çözeltisini artırsaydık lambanın parlaklığının arttığını gözlemlerdik.

Deneyi şekli

Deneyin Sonucu:

Plakaları daldırmış olduğumuz devrede anahtarı açınca devredeki lambanın yandığını gördük. Plaka olarak gri renkli olan kurşun, kahverengi tonunda olan ise kurşun oksittir. Deneyi başarıyla sonuçlandırdık. Ampül yandı.

Kazanımlar:

Öğrenci;

Bir pilin kutuplarında anot katot kutuplarını belirleyebilir.

Kullandığı pili çöpe atmaz.

Pille çalışırken nasıl çalışacağını öğrenir.

Deneyin yorumu:

  Ampulün yanması  bize kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüştüğünü gösterdi. Aküler doldurulurken elektrotlardaki tepkimeler ters yönde yürür. Elektriksel enerji kimyasal enerjiye dönüşür. Bu yüzden, yani aküler tekrar tekrar doldurulup boşaltılabildikleri için kullanışlıdırlar.

Hazırladığımız çözeltide hangi madde yükseltgeniyorsa onda birikme olur.

Deney bağlama şeklimize göre artı ya da eksi kutuplu değerler alır.

anot: 

Redoks tepkimelerinde yükseltgenmenin gerçekleştiği elektrottur. 


Katot'un antisi olarak tanımlanabilecek, pozitifliği ve negatifliği duruma göre değişen iletken uç. Elektroliz reaksiyonunda, anot artı uç olur (genelde böyledir). Galvanik kimyasal pil reaksiyonlarında ise anot eksi yüklü olur. 



Katot , indirgenmenin gerçekleştiği elektrottur. Anot'un antisi olarak tanımlanabilecek, pozitifliği ve negatifliği duruma göre değişen iletken uç. Devreden akım geçirmesi için dış etkiye gerek yoksa, katot eksi uç olur. Galvanizli olan kimyasal pil reaksiyonunda ise katot artı yüklü olur. 
 

Kaynakça:

 http://www.anadolutayfasi.net/kimya/55491-anot-katot-demektir.html#ixzz1pTTwo0eb

Deney föyü