Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
Polecenie 1

Jak zbudowane jest ogniwo Leclanchégo? Czy należy ono do ogniwa odwracalnego, czy nieodwracalnego? Zapoznaj się z grafiką interaktywną prezentującą rozmontowaną baterię zbudowaną z chlorku cynku (elektrolit) o budowie analogicznej do ogniwa Leclanchégo, a następnie odpowiedz na pytania znajdujące się poniżej.

Jak zbudowane jest ogniwo Leclanchégo? Czy należy ono do ogniwa odwracalnego, czy nieodwracalnego? Zapoznaj się z grafiką interaktywną prezentującą rozmontowaną baterię zbudowaną z chlorku cynku (elektrolit) o budowie analogicznej do ogniwa Leclanchégo, a następnie odpowiedz na pytania znajdujące się poniżej.

RGraPMAJLqLLV1
Ilustracja główna przedstawia kilka baterii typu paluszki. Opisano: 1. Ogniwo Georges Leclanché. W 1866 r., francuski naukowiec Georges Leclanché skonstruował i opatentował ogniwo Leclanchégo. Na ilustracji jest portret mężczyzny. Ma ciemne włosy, gęstą, długą brodę. Ubrany jest elegancko. To Georges Leclanché. Ogniwo było zbudowane z: przewodzącego roztworu (elektrolitu) chlorku amonu, katody węglowej, depolaryzatora tlenku manganu(IV) (utleniacza), anody cynkowej (reduktor). Ogniwo tego typu stanowi typ ogniwa galwanicznego, nieładowalnego. Komercyjnie jest dostępne w formie tzw. baterii okrągłych (R3/AAA, R6/AA, R10, R14, R20) lub baterii płaskich (ogniwa R12 połączone szeregowo)., 2. Zasada działania. Reakcje połowiczne zachodzące w ogniwie Leclanchégo: anoda (utlenianie Zn): ZnZn2++2 e. Katoda (redukcja kationów amonowych): 2 NH4+ + 2e  2 NH3 + H2(g). Następnym etapem jest reakcja pomiędzy gazowym wodorem a MnO2: H2 + 2 MnO2  Mn2O3 + H2O. Atomy cynku, znajdujące się w przestrzeni anody, utleniają się, czyli oddają oba elektrony walencyjne i stają się dodatnio naładowanymi jonami Zn2+. Podczas tego procesu następuje wydzielanie się energii elektrycznej w ogniwie Leclanchégo. Anoda staje się bardziej naładowana ujemnie w momencie, gdy kationy cynku separują się od anody, ale zostawiają swoje elektrony na jej powierzchni. Podłączenie ogniwa do zewnętrznego obwodu elektrycznego pozwala na przepływ przez obwód nadmiaru elektronów na anodzie cynkowej do pręta węglowego – wówczas ruch elektronów tworzy prąd elektryczny. Podczas przepływu prądu w obwodzie elektrony, gromadzące się w katodzie (pręt węglowy), łączą się z tlenkiem manganu(IV) (MnO2) i wodą (H2O). Wymienione związki chemiczne reagują ze sobą z wydzieleniem tlenku manganu(III) (Mn2O3) i ujemnie naładowanych jonów wodorotlenkowych. Temu efektowi współtowarzyszy wtórna reakcja kwasowo-zasadowa. Wówczas aniony wodorotlenkowe (OH-) pobierają proton (H+) z kationów amonowych, dostępnych w roztworze chlorku amonu tworzącego elektrolit. Podczas tego procesu generują się cząsteczki amoniaku i wody. Ogólny schemat ogniwa cynkowo-węglowego można zapisać za pomocą schematu:(−) Zn | NH4Cl, ZnCl2| MnO2,C (+). Wydzielający się amoniak jest wiązany przez jony cynku w jony kompleksowe zgodnie z poniższym schematem: 4 NH3  + Zn2+ [Zn(NH3)4]2+., 3. Budowa baterii typu Leclanchégo. Zdjęcie przedstawia rozebraną na części baterię typu paluszek. Opis: Budowa baterii typu Leclanchégo. Numery prezentują budowę baterii z chlorkiem cynku jako elektrolitem, a pod ich numerami kryją się: 1. oryginalna bateria typu R6/AA; 2. płaszcz zbudowany z metalu; 3. elektroda (-) cynkowa; 4. pręt zbudowany z grafitu; 5. elektroda (+) – mieszanina tlenku manganu(IV), sproszkowanego węgla i elektrolitu; 6. rozdzielacz, który stanowi papier; 7. izolacja zbudowana z polietylenu; 8. podkładki uszczelniające; 9. część doprowadzająca napięcie ujemne (przyłączona do elementu 3); 10. część doprowadzająca napięcie dodatnie (przyłączona do elementu 4).
Ogniwo Leclanchégo – grafika interaktywna
Źródło: GroMar Sp. z o.o. oprac. na podst. .Ayrton W. E., Mather T., Practical Electricity, wyd. Cassell and Company, Londyn, 1911, 188–193; Pochodzenie grafiki bazowej: pixabay.com; Licencja: domena publiczna;, domena publiczna.
Polecenie 2

Jak zbudowana jest bateria niklowo‑wodorkowa? Czy należy ona do ogniwa odwracalnego, czy nieodwracalnego? Zapoznaj się z grafiką interaktywną prezentującą baterie tego typu, a następnie odpowiedz na pytania znajdujące się poniżej.

Jak zbudowana jest bateria niklowo‑wodorkowa? Czy należy ona do ogniwa odwracalnego, czy nieodwracalnego? Zapoznaj się z opisem grafiki interaktywnej prezentującej baterie tego typu, a następnie odpowiedz na pytania.

R18to4UGlh7rK1
Ilustracja przedstawia baterię rozebraną na części. Bateria wyglada jakby się paliła. Ma zwęglone części. Opisano: 1. Akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy. Przykładem baterii wielokrotnego ładowania jest akumulator niklowo-metalowo-wodorkowy (NiMH). Na zdjęciu jest urządzenie z miejscami, w które wkłada się baterie typu paluszki. Na obudowie urządzenia jest napis po angielsku oznaczający energię. To ogniwa w rozmiarach AA. Akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe posiadają dwu- albo trzykrotnie wyższą pojemność niż ich analogi niklowo-kadmowe, o podobnych wymiarach., 2. Elektrochemia. Anody nie stanowi kadm, tylko stop pochłaniający wodór, a równanie reakcji chemicznej zachodzącej na elektrodzie ujemnej przedstawia się następująco: H2O + M + e   OH + MH, gdzie metal (M) jest związkiem międzymetalicznym, którego rolą jest wytwarzanie odwracalnej mieszaniny wodorków metali. W tym celu wykorzystuje się związki chemiczne: o strukturze AB5, gdzie A jest mieszaniną metali ziem rzadkich (lantanu, ceru, neodymu, prazeodymu), a B to nikiel, kobalt, mangan lub glin; o strukturze AB2, gdzie A to tytan lub wanad, a B to cyrkon lub nikiel, modyfikowane chromem, kobaltem, żelazem lub manganem. Na katodzie zachodzi reakcja chemiczna, analogiczna do reakcji zachodzącej na ogniwie niklowo-kadmowym (NiCd). W obu przypadkach wykorzystywany jest tlenowodorotlenek niklu NiO(OH). Ni(OH)2 + OH  NiO(OH) + H2O + e   . Kierunek przebiegu reakcji chemicznych podczas ładowania: od lewej do prawej strony równania reakcji chemicznej. Kierunek przebiegu reakcji chemicznych podczas rozładowywania: kierunek odwrotny do procesu ładowania., 3. Elektrolit. Ogniwa niklowo-metalowo-wodorkowe zawierają elektrolit zasadowy, którym jest zwykle wodorotlenek potasu (KOH)., 4. Zastosowania akumulatorów NiMH Akumulatory NiMH znalazły zastosowanie w: elektronice użytkowej (zastąpienie akumulatorów niklowo-kadmowych, dostępne w postaci ogniw AA); modułach akumulatorowych. Akumulatory NiMH były stosowane w elektrycznych środkach transportu i hybrydowo-elektrycznych pojazdach poprzedniej generacji, jednak baterie litowe zastąpiły je w pojazdach dwuśladowych w 2020 r. Przykłady pojazdów, które wykorzystują akumulatory NiMH: Toyota Prius i Honda Insight, Ford Escape Hybrid, Chevrolet Malibu Hybrid i Honda Civic Hybrid. Zdjęcie przedstawia samochód w kolorze białym. To Toyota Prius.
Baterie niklowo-wodorkowe
Źródło: GroMar Sp. z o.o. oprac. na podst. Fetcenko M. A., Venkatesan S., Ovshinsky S. R., Selection of Metal Hydride Alloys For Electrochemical Applications, Electrochemical Society Proceedings, 92, 141-167; Grafika bazowa: Autor: Czatlantis; Źródło: wikipedia.org; Licencja: domena publiczna;, tylko do użytku edukacyjnego.
11
Ćwiczenie 1

Do której kategorii – ogniw odwracalnych czy nieodwracalnych – należy ogniwo cynkowo‑węglowe.

RDjVxKq6W7R09
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
11
Ćwiczenie 2

Zaznacz prawidłowe wyrazy w poniższym tekście.

R1HBWPkUELavc
Bezpośrednim źródłem prądu w ogniwie cynkowo-węglowym są reakcje utlenienia/ redukcji cynku na elektrodzie cynkowej i redukcji/utlenienia jonów amonowych na elektrodzie węglowej.
RqbuNMl8kLyjy
Ćwiczenie 3
Jaki związek jest elektrolitem w ogniwie NiMH? Możliwe odpowiedzi: 1. KOH, 2. Cu(OH)2, 3. H2SO4, 4. HCl