Pile galvanicePilele galvanice sau electrice sunt sisteme n care energia chimic este convertit n energie electric . Pilele galvanice sunt alcatuite din: 2 electrozi anod,catod; punte de sare; conductori metalici voltmetru n pilele galvanice are loc transferul de electroni simultan prin intermediul suprafe elor conductoare (metal sau grafit ), iar puntea de sare sau diafragm poroas asigurara circuitulul ionic n interiorul sistemului.

Lantul electrolitic al unei pilei este:z ( ) M 1 / electrolit 1, a M 1z / / electrolit 2, a M 2 / M 2 ( )

Reactiile care au loc la functionarea unei pile sunt: anod () M 1 p M 1z ze (oxidare) catod ( ) M 2z ze p M 2 ( reducere)

rc.globala M 1 M 2z p M 1z M 2 Tensiunea electromotoare (E) a unei pile este:E !I I RT 0 ln a M IM !IM zF RT a M 0 0 E ! I M I M ln R zF a M 0,059 a M 0 0 E ! I M I M ln R z aMz R ox z 1 2 1 red z 1 2 1

R ox z 1

red z 1

Clasificarea pilelor galvanice 1.n functie de reversibilitatea proceselor de electrod: pile ireversibile; pile reversibile 2. n functie de regenerarea reactantilor de la electrozi pile primare-furnizeaz curent electric pe seama unui proces chimic primar pile secundare sau acumulatoare

O pil electrochimic este ireversibil dac : a) n pil se produc transform ri chimice, chiar atunci cnd aceasta nu debiteaz curent n circuit deschis; b) prin aplicarea unei tensiuni electrice exterioare de semn contrar, mai mare decat t.e.m a pilei, se produc reactii chimice diferite de cele care au loc la functionarea pilei nu se mai revine la starea initiala a pilei;z M 1

c) t.e.m. scade foarte rapid atunci cnd pila debiteaz curent. Exemplu de pil electric ireversibil - pila Volta

Pila Volta: (-)Zn/H2SO4/ Cu(+) Reactii la functionareanod (-)

Reactii la incarcareanod (+)Cu p Cu2

Zn p Zn 2e(oxidare)

2

2e(oxidare)

catod (+) 2 H 2e p H 2 (reducere) rc global --------------------------Zn 2 H p Zn 2 H 2

catod (-) 2 H 2e p H 2 (reducere)rc global ---------------------------

Cu 2 H p Cu 2 H 2

O pil electrochimic este reversibil dac : atunci cnd circuitul este deschis, n pil nu se produce nicio transformare chimic ; reac ia de celul are loc doar n timpul debit rii de curent; reac ia de celul care se produce aplicnd pilei o tensiune exterioar cu pu in mai mare dect t.e.m. este invers celei care are loc cnd pila debiteaz curent;z M 1

cn timpul func ion rii, curentul de desc rcare nu este prea mare, iar t.e.m. este constant . Exemplu de pil reversibil - pila Daniell- Iacobi:

Lan ul electrochimic: Pila DaniellIacobi( ) Zn / ZnSO 4 ( a 1 ) // CuSO 4 ( a 2 ) / Cu( )

Reactii la functionare

Reactii la incarcare

2 2 Anod (-) Zn p Zn 2e(oxidare) Anod(+)Cu p Cu 2e(oxidare) Catod(+) Cu 2 2e p Cu (reducere) Catod (-) Zn 2 2e p Zn ( reducere)

rc global ---------------------------

rc global ---------------------------

Zn Cu 2 p Cu Zn 2

Zn 2 Cu p Cu 2 Zn

Tensiunea electromotoare a pilei Daniell Iacobi:

E ! I Cu I ZnRT ln a Cu I Cu ! I zF RT 0 ln a Zn I Zn ! I Zn zF RT a Cu 0 0 E ! I Cu I Zn ln zF a Zn0 Cu2 2

2

2

0,059 a Cu E !I I lg 2 a Zn 0,059 a Cu E ! 0,34 (0,76) lg 2 a Zn0 Cu 0 Zn2 2

2

2

Pile primare: Pila Leclanche, pile alcalinenu se mai pot regenera dup consumarea substan elor ini iale se folosesc pentru alimentarea cu c.c. a ceasuri, stimulatoare cardiace, proteze auditive, sisteme de alarma, instalatii de telecomunicatii, sisteme de semnalizare, etc.

Pila Leclanche este alcatuita din:- electrozi: anod-cilindru de zinc, iar catod de bara de grafit introdus in MnO2 pulbere umectata cu grafit pentru cresterea conductivitatii - Electrolit-solu ie de NH4Cl si ZnCl2 fixata intr-o pasta absorbanta (gelifierea NH4Cl cu amidon)

(-) Zn/NH4Cl, H2O, ZnCl2// MnO2/ C(+) Reac iile care au loc la electrozi sunt Anod (-)Zn Zn2+ + 2e Catod(+) 2H+ + 2e H2 Zn + 2H+ Zn2+ +H2

NH4Cl +H2O +2e 2NH3 + H3O+ + ClH2 +2 MnO2 ZnCl2+4NH3 H2O + Mn2O3 [Zn(NH3)4]Cl2

Tensiunea acestei pile este de 1,5 V-1,6, si scade pe masura ce pila se descarca. In mod frecvent, se leaga in serie mai multe astfel de baterii.

Pile primare alcaline(-) Zn / KOH / MnO2-C (+) Este o pila uscata asem n toare cu pila Leclanche; Diferen a const n utilizarea unui alt electrolit (sol. concentrat de KOH ~ 30%) iar electrodul de zinc se g se te sub form de pulbere de zinc fin divizat n jurul unui colector de curent (bar de alam ). O alt diferen o constituie catodul mixt MnO2-pulbere de grafit care se g se te n exteriorul electrodului de Zn. ntreg sistemul este nchis ntr-un container de o el, pentru evitarea coroziunii zincului; Dura de functionare a acestor baterii este de pn la 4 ani la temp. de 20C fiind de 4 10 ori mai mare fa de cea a pilei-Leclanche. Reac iile pilei la desc rcare sunt: (-) Zn + 2HO- Zn(OH) 2+2e (+) 2 MnO2 + H2 O +2e Mn2O3+ 2 OHZn + 2MnO2+ 2OH-+ H2O Zn(OH)2+ Mn2O3

Pile reversibile (acumulatori) Acumulatorul acid: acumulatorul cu PbPb p Pb 2e (oxidare) 2 Pb SO 4 p PbSO 4 catod ( ) 2PbO 4 H 2e p Pb 2 + 2H 2O ( reducere) 2 Pb SO 4 p PbSO 4 descarcare 2 p rc.globala Pb + 2PbO 4 H 2 SO 4 n Pb 2 2 PbSO 4 + 2H 2 O2 2

anod ( )

2

incarcare

Electrolitul acumulatorului cu Pb este H2SO4 de conc. 38%, avand densitate d=1, 29g/cm3. Cand densitatea scade sub d=1, 15g/cm3 acumulatorul trebuie incarcat prin electroliza

Acumulatori alcalini- Acumulatorul Ni-Cd

Lantul electochimic este (-)Cd / KOH / NiOOH(+) Reactiile care au loc la functionarea acumulatorului sunt: p anod Cd Cd 2 +2e p Cd 2 2HO Cd(OH) 2 p catod ( ) NiOOH + 2H 2O+ 2e 2 Ni (OH ) 2 H 2 p rc globala Cd 2HO NiOOH + 2H 2O Cd(OH) 2 2 Ni (OH ) 2

Tensiunea n ciruit deschis este de aproximativ 1,3V/element, n stare complet ncarcata si ,practic, nu depinde de densitatea electrolitului pentru temperaturi normale de lucru. La temperaturi joase, influenta densitatii se resimte puternic.

Pile de combustie Combustibilul(hidrogen) este transportat la anodul poros unde este absorbit pe suprafaa acestuia, ntr-un proces de oxidare, urmata de migrarea electronilor de la anod si eliberarea gazulul ionic la suprafaa anodului. n electrolit se asigur transportul ionilor combustibilului de la anod la catod. La catod, are loc reacia de reducere, rezultnd produsul de reacie care trebuie eliminat . n timpul funcion rii, electrozii nu sufer nici o modificare structural , ei servind doar ca suport pentru reactie. La anod are loc oxidarea catalitica a hidrogenului atomic, iar la catod reducerea catalitica a oxigcnului atomic. Fenomenul de oxidare i reducere catalitic are loc n regim trifazic (gazlichidsolid) la suprafaa cataliztorului conform reaciei globale: H2 + 1/2 O2 H2O

Pil de combustie pe baz de hidrogen

teoretic o astfel de pil ar trebui sa furnizeze o for electromotoare de 1,22 V.Practic d numai 0,8 vol i (la 25oC) datorit supratensiunilor la electrozi. transportul hidrogenului este neeconomic de aceea s-au construit pile in care combustibilul este hidrazina sau metanolul si carburantul este oxigenul din aer. Aceste pile ofer o for electromotoare de 0,5-0,7 volti, cu un randament energetic ce poate atinge 90%. pot fi utilizate pentru a actiona motoarele pentru automobile cu raz de ac iune redus , minisubmarine, si pentru nave spa iale.

Pila Weston O incinta de sticla n forma de H este umplut cu o soluie de CdSO4 si apa. Pe fundul fiecarei ramuri a incintei este sudat un conductor extern care realizeaza contactul cu electrozii din interior. Electrozii pilei sunt: un electrod din mercur (catod), iar n dreapta un electrod din amalgam de cadmiu (anod). Pe ramura din stnga, deasupra mercurului, se gasesc cteva cristale de sulfat de mercur (Hg2SO4), care este slab solubil n apa.

Pila Weston, care are o tensiune electromotoare de 1,0186 V la 78F, se folosete ca etalon de tensiune n masurari de precizie.