DENEY ADI:PİL VA AKÜ

DENEYİN AMACI:  Pil ve akülerin çalışma sisteminin ve 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

Aleksandra Volta (1800) ve Luigi Galvani (1780) ilk kez kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürecek bir hücre yapmayı birbirinden bağımsız olarak başarmışlardır. Bundan dolayı bu tür düzeneklere volta pili ya da galvani pili adı verilir.  Sulandırılmış sülfürik asit içerisine bakır ve çinko elektrotlar batırılarak elde edilirler.Volta pili bittiği zaman tekrar kullanılamaz.

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 bağlanarak şarj edilir. Akümülatörün şeması;

Pb^-     H2SO_4(çöz)       PbO₂,Pb⁺

Pil çalışırken gerçekleşen reaksiyonlar;

Anotta;

Pb    à   Pb⁺² +2e^-

Pb⁺²  + SO4^-2   à  PbSO₄ + 2e^-

Pb + SO4^-2    à  PbSO₄ +2e^-

 Katotta;

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

 Pb⁺² +   SO4^-2  à PbSO₄     

                                                                          

PbO₂  +4H⁺+SO₄^-2 + 2e^-    à    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 kayanağı 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

·       2 adet seperatör

DENEYİN YAPILIŞI:

1.     500 ml lik behere 350 ml musluk suyu konur.

2.     Suya, üzeri Pb ve PbO₂     ile kaplanmış plakaları daldırılır ve aralarına birbirleriyle temas etmemesi için seperatör koyulur..

3.     Plakalar kablo vasıtasıyla duy üzerinden birbirine bağlanır.

4.     Suyun içerisine ampul aynana kadar sülfürik asit dökülür.

6)DENEYİN ŞEKLİ :

DENEYİN SONUCU:

            Plakaların daldırılmış olduğu ve devrenin açılmış olduğu bu sistemde;beherdeki suya yavaş yavaş H₂SO₄      çözeltisi döktük ve 50 ml kadar asit döktüğümüzde ampulün yanmaya başladığını gördük. Asit miktarı arttıkça ampulün parlaklığı arttı

DENEYİN YORUMU:

            Normalde behere, asit çözeltisi hazırlandıktan sonra plakaların daldırılıp; devrenin açılması gerekirken biz, önce su dolu behere plakaları yerleştirip daha sonra asiti yavaş yavaş döktük. Amacımız; asitin hangi oranında ampulün yanmaya başladığını gözlemlemekti.

 Deney başarıyla sonuçlandı. 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.

9)KAYNAKÇA :

1.     Faruk Karaca; ÖYS Kimya; Mega Yayıncılık-1995

2.     Hüseyin Deveci; ÖYS Kimya; Salan Yayınları-2.Baskı

3.     Fen Bilgisi Laboratuarı Deney Klavuzu, Dr. Sinan Erten, Araş. Gör. Pınar Özdemir, Dr. Cemil Aydoğdu, Araş. Gör. Serkan Yılmaz; Ankara-2004

4.     Modern Üniversite Kimyası

5.     Thema Larousse Tematik Ansiklopedi; Cilt-3, Milliyet Yayınları, 1993-1994