Sähkökemian sovellukset - essee

Sähkökemian sovellukset

Turtiainen Mona

1.0 Pariston tai akun valitsemisessa on otettava huomioon käyttökohde

2.0 Akkujen ja paristojen nimeäminen

3.0 Akkujen ja paristojen haitallisuus ja kierrättäminen

4.0 Lyijyakkujen käyttö polttomoottoriautoissa

5.0 Akun varaaminen jännitelähteessä

6.0 Akun hapettumis-pelkistymisreaktiot

7.0 Akun varaukset purkautuvat käytössä

8.0 Vetykaasu voi olla auton energian lähde

9.0 Lähteet

1.0 Paristo tai akku valitaan käyttökohteen mukaan

Akussa ja paristossa voi olla yksi tai enemmän sähkökemiallista paria, jossa syntyy elektroneja kemiallisessa reaktiossa. Tällöin akun/pariston napojen välille muodostuu varausepätasapaino, josta seuraa jännite. Jännite napojen välillä synnyttää sähkövirran virtapiiriin, kun akkuun tai paristoon liitetään lamppu tai muu sähkölaite.

2.0 Akkujen ja paristojen nimeäminen

Paristot ja akut nimetään niiden ulkonäön, materiaalin ja jännitteen mukaan.

Jännitteen perusteella : 1,5 - 9,0 voltin paristoiksi.

Ulkonäön perusteella : nappi-,sauva- ja neppariparistoiksi.

Tavallisessa sauvaparistossa jännite on  noin 1,5 volttia ja nepparipariston jännite on noin 9.0 volttia.

Yleisimmät kuivaparit ovat sinkki-hiili paristojen lisäksi alkaliparistot sekä litiumparistot.

litiumparistot : Ovat nappi- tai sauvaparistoja, joiden positiivinen kohtio on tehty litiumista ja negatiivinen kohtio esimerkiksi metallioksidista. Litiumparistoja käytetään sydäntahdistimissa,kelloissa ja kameroissa, koska niiden käyttöaika on pidempi kuin muiden paristojen.

Alkaliparisto : Elektrolyyttinä alkaliparistossa on emäksinen eli alkalinen liuos.

3.0 Akkujen ja paristojen haitallisuus ja kierrättäminen

Osa akuista ja paristoista ovat vaarallista jätettä,koska ne sisältävät tiheitä metalleja (raskasmetalleja) jotka ovat haitallisia ympäristölle.

Käytetyt paristot pitää viedä keräyslaatikoihin joita löytyy kaupoista. Paristojen oikosulun estämiseksi kannattaa teipata molemmat navat teipillä ennen kierrätykseen viemistä. Käytetyt akut palautetaan akkuja myyviin liikkeisiin. Noin  90% paristojen ja akkujen raaka-aineista voidaan kierrättää uudelleen.

4.0 Lyijyakkujen käyttö polttomoottoriautoissa

Lyijyakussa on vähintään kaksi elektrolyytissä olevaa levyä. Lyijyakussa oleva elektrolyytti on rikkihapon (H2SO4) vesiliuosta. Tavallisessa lyijyakussa on kuusi levyparia joiden jännite on 12 volttia. Positiiviset levyt on valmistettu lyijyoksidista (PbO2) ja negatiiviset levyt lyijystä (Pb). Kun levyt reagoivat elektrolyytin (rikkihappoliuoksen) kanssa, muodostuu lyijysulfaattia (PbSO4) molempien levyjen pinnalle.

5.0 Akun varaaminen jännitelähteessä

Akku varataan (ladataan) tasavirran avulla, jolloin akku kytketään jännitelähteeseen. Akun lataamisessa sähkövirralla saadaan aikaan kemiallisia reaktioita, ja kemiallista energiaa varastoituu akkuun.

Tällöin negatiivisen levyllä lyijysulfaatin lyijyionit (Pb2+) ottavat elektroneja vastaan ja pelkistyvät lyijyatomeiksi.

Positiivisella levyllä lyijysulfaatin lyijyionit (Pb2+) hapettuvat Pb4+-ioneiksi luovutettuaan elektroneja. Akun varautumisessa levyjen välille muodostuu varausero, josta aiheutuu jännite. Lyijyakut pitää ladata aina ohjeiden mukaan, koska latauksessa voi vapautua vetykaasua (H2) joka on  räjähdysherkkää.

6.0 Akun hapettumis-pelkistymisreaktiot

Akun negatiivisella levyllä muodostuu lyijyä pelkistymisreaktion jälkeen:

Pb2+ + 2e- → Pb.

Akun positiivisella levyllä tapahtuu hapettumisreaktio:

Pb2+→ Pb4++ 2e- .

7.0 Akun varaukset purkautuvat käytössä

Kun akkua käytetään (eli sen varausta puretaan) negatiivisella levyllä olevat lyijyatomit hapettuvat eli luovuttavat elektroneja. Tällöin elektronit kulkeutuvat johtimien avulla positiivisesti varautuneelle levylle, jossa pelkistymisreaktio tapahtuu.

Varauksen purkamisessa reaktio tapahtuu vastakkaiseen suuntaan kuin latauksessa ja lyijysulfaattia muodostuu molemmille levyille. Lopulta samaa yhdistettä on molempien levyjen pinnalla, eikä varauseroa joka synnyttäisi jännitteen ja virtapiiriin sähkövirran enää ole.

8.0 Vetykaasu voi olla auton energian lähde

Ehtyvät luonnonvarat, kasvava energiantarve ja ympäristövaatimukset pakottavat ihmisiä kehittämään uusia energiantuotantovaihtoehtoja Polttokenno on yksi mahdollinen ratkaisu energiantuotantoon. Polttokenno on laite, joka muuntaa kemiallisen energian polttoaineesta suoraan sähköenergiaksi. Polttokennon polttoaineena voi toimia esimerkiksi vetykaasu (H2) jota saadaan esimerkiksi vedestä tai metaanista. Polttokennon negatiivisella kohtiolla vetykaasu (H2) hapettuu ioneiksi (H+). Elektronit jotka vapautuvat vetykaasun hapettumisessa  kulkeutuvat johdinta pitkin positiiviselle kohtiolle moottorin kautta. Vetyionit kulkeutuvat positiiviselle kohtiolle elektrolyytissä.

Vastaavasti ilmasta saatava happikaasu (O2) johdetaan positiiviselle kohtiolle, jossa tapahtuu pelkistymisreaktio. Happikaasu pelkistyy oksidi-ioneiksi (O2-) elektroneja vastaanottaessaan. Vetyionit jotka ovat sulkeutuneet positiiviselle kohtiolle reagoivat oksidi-ionien kanssa, jolloin muodostuu vettä. Varauksen purkamisen aikana kennossa tapahtuvassa kokonaisreaktiossa muodostuu vettä.

2 H2 + O2 →2 H2O

9.0 Lähteet

• Fyke 7-9 oppikirja s.126-128.
• Pedanet ja wikipedia.