Tìm hiểu về pin volta và pin leclanché
PIN VOLTA
Pin Volta là một bộ các tế bào Galvanic riêng đặt thành xê ri, được Alessandro Volta người Ý phát minh năm 1800. Đó là đó là một tấm kẽm và một tấm đồng nhúng trong axit sunfuric, nếu nối hai tấm kim loại này với nhau thì nó có thể sản sinh ra dòng điện liên tục và ổn định. Pin Volta chính là mẫu hình cho các phát minh sau này như pin điện phân được dùng để tách nước thành oxy và hydro của William Nicholson và Anthony Carlisle hay pin hóa học natri (1807), kali (1807) , canxi (1808), boron (1808), bari(1808),stronti (1808) và magie (1808) của Humphry Davy
Phát minh của Volta được xây dựng dựa trên khám phá vào năm 1786, trong khi thực hiện một bài giảng, giáo sư Cơ thể học Luigi Galvani (1737-1798) tại trường Đại học Bologne, Italy, đã dùng một thanh kim loại đâm vào một con nhái đã lột da và đã làm chân con nhái co giật lại. Volta thử lại thí nghiệm của Galvani và đã phát hiện ra rằng cơ thể con ếch chỉ là một chất dẫn điện thường. Chính dòng điện sinh ra trong các kim loại khác bản chất đã kích thích các dây thần kinh, và làm hoạt động các cơ. Và để chứng minh sự lầm lẫn của sự Galvani, Volta tạo ra điện với một thanh đồng và một thanh kẽm mà không cần có cơ thể con ếch. Năm 1800, Volta đã thực hiện một loạt các thử nghiệm dùng kẽm, chì, thiếc và sắt làm tấm tích điện âm (cathode); và đồng, bạc, vàng, than chì như một tấm tích điện dương (anode). Sau đó, ông xếp các tấm trái cực xen kẽ với nhau, ngăn cách bởi miếng giấy xốp tẩm dung dịch muối ăn. Cuối cùng, ông nối điểm đầu với điểm cuối với một sợi dây dẫn và nhận thấy có 1 dòng điện chạy qua. Alessandro Volta đã trình diện phát minh này với Napoleon Bonaparte tại Paris vào ngày 6 tháng 11 năm 1801. Ngày 10 tháng 3 năm 1800, Volta đã viết cho Hội Hoàng gia London mô tả kỹ thuật tạo dòng điện bằng cách sử dụng pin của mình.
PIN LECLANCHÉ
Pin Leclanché là loại pin được phát minh và được cấp bằng sáng chế bởi nhà khoa học người Pháp Georges Leclanché năm 1866. Pin chứa một dung dịch dẫn điện ( HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_%C4%91i%E1%BB%87n_li" \o "Chất điện li" chất điện li) là amoni clorua, một HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Cathode" \o "Cathode" cathode (cực dương) là HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Cacbon" \o "Cacbon" cacbon, chất khử cực là HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Mangan_dioxit" \o "Mangan dioxit" mangan dioxit (chất oxy hóa) và một HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Anode" \o "Anode" anode (cực âm) là HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/K%E1%BA%BDm" \o "Kẽm" kẽm (chất khử). Hóa chất của loại pin này sau đó đã được điều chỉnh thành công để sản xuất một loại HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_kh%C3%B4" \o "Pin khô" pin khô.
Lịch sử
Năm 1866, HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Georges_Leclanch%C3%A9&action=edit&redlink=1" \o "Georges Leclanché (trang chưa được viết)" Georges Leclanché đã phát minh ra một loại pin bao gồm một HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Anode" \o "Anode" anode kẽm và một HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Cathode" \o "Cathode" cathode mangan dioxit bọc trong một vật liệu xốp, nhúng trong một lọ dung dịch HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Amoni_clorua" \o "Amoni clorua" amoni clorua. Cathode mangan dioxit có một ít cacbon trộn vào để cải thiện độ dẫn và hấp thụ điện. Nó cung cấp một điện áp 1,4 HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/V%C3%B4n" \o "Vôn" volt. Loại pin này đạt được hiệu quả rất nhanh trong điện báo, tín hiệu và chuông điện.
HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_kh%C3%B4" \o "Pin khô" Pin khô được sử dụng làm nguồn điện cho các điện thoại sơ khai - thường là từ một hộp gỗ liền kề gắn vào tường — trước khi điện thoại có thể lấy điện từ đường dây điện thoại. Pin Leclanché không thể cung cấp dòng điện bền vững trong một thời gian dài. Trong các cuộc trò chuyện dài, pin sẽ cạn dần, khiến cuộc trò chuyện không thể tiếp tục. Điều này là do một số phản ứng hóa học trong pin làm tăng điện trở bên trong và do đó làm giảm điện áp. Những phản ứng này tự đảo ngược khi pin không hoạt động, vì vậy nó chỉ tốt cho việc sử dụng liên tục.
Thiết kế
Hình thức ban đầu của pin là sử dụng một bình xốp. Điều này đã làm nó có một điện trở bên trong tương đối cao và nhiều sửa đổi đã được thực hiện để giảm nó. Chúng bao gồm các "khối ô kết tụ" và "bao pin". Leclanché và sau đó là Carl Gassner, cả hai đã phấn đấu để biến đổi loại pin ướt ban đầu thành một loại pin khô di động và hiệu quả hơn.
-Pin bình xốp
Trong loại pin nguyên bản của Leclanché, chất khử cực (trên thực tế là HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_oxy_h%C3%B3a" \o "Chất oxy hóa" chất oxy hóa trong pin), bao gồm HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Mangan_dioxit" \o "Mangan dioxit" mangan dioxit được nghiền nát, được đóng gói vào một cái bình và một thanh cacbon được chèn vào để hoạt động như cathode (phản ứng khử). Anode (phản ứng oxy hóa) là một thanh kẽm, sau đó được nhúng vào bình dung dịch HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Amoni_clorua" \o "Amoni clorua" amoni clorua. Dung dịch lỏng hoạt động như HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_%C4%91i%E1%BB%87n_li" \o "Chất điện li" chất điện li, thấm qua bình xốp để tiếp xúc với cathode.
-Khối ô kết tụ
Năm 1871 Leclanché pha chế với bình xốp và thay thế nó bằng một cặp "khối kết tụ", gắn vào tấm cacbon bằng các dải cao su. Các khối này được tạo ra bằng cách trộn lẫn mangan dioxit với các tác nhân liên kết và ép hỗn hợp vào khuôn.
-Bao pin
Trong loại pin này, bình xốp đã được thay thế bởi một gói vải hoặc bao. Ngoài ra, thanh kẽm được thay thế bằng một xylanh kẽm để tạo ra diện tích bề mặt lớn hơn. Nó có điện trở bên trong thấp hơn so với một trong hai chất trên (xốp và khoáng chất).
-Tinh bột bổ sung
Năm 1876, Georges Leclanché bổ sung HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Tinh_b%E1%BB%99t" \o "Tinh bột" tinh bột vào chất điện phân HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Amoni_clorua" \o "Amoni clorua" amoni clorua trong một nỗ lực để làm tốt hơn HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Gel" \o "Gel" gel của nó.
Cải thiện pin khô
Năm 1888, một bác sĩ người Đức, Carl Gassner đã cải tiến quy trình chưng cất HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Gel" \o "Gel" gel và tạo ra một loại HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_kh%C3%B4" \o "Pin khô" pin khô di động hơn bằng cách trộn các hóa chất vữa thạch cao và hydrophilic với chất điện phân amoni clorua.
Biến đổi hóa học
Phản ứng oxi hoá khử trong pin Leclanché liên quan đến hai phản ứng sau đây:
– HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Anode" \o "Anode" anode (quá trình oxi hóa Zn): Zn → Zn2+ + 2e−
– HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Cathode" \o "Cathode" cathode (quá trình khử Mn(IV)): 2 MnO2 + 2NH4+ + 2e− → 2 MnO(OH) + 2 NH3
Quá trình phản ứng hóa học tạo ra điện trong một pin Leclanché bắt đầu khi các nguyên tử kẽm trên bề mặt của anode bị oxy hóa, tức là chúng bỏ hai HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Electron_h%C3%B3a_tr%E1%BB%8B" \o "Electron hóa trị" electron hóa trịcủa chúng để trở thành HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ion" \o "Ion" ion Zn2+.Khi các ion Zn2+ di chuyển ra khỏi anode, để lại các electron trên bề mặt của nó, anode trở nên tích điện âm hơn cathode. Khi pin được nối trong một HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/M%E1%BA%A1ch_%C4%91i%E1%BB%87n" \o "Mạch điện" mạch điện bên ngoài, các electron dư thừa trên anode kẽm di chuyển qua mạch tới thanh HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Cacbon" \o "Cacbon" cacbon, sự chuyển động của các electron tạo thành HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/D%C3%B2ng_%C4%91i%E1%BB%87n" \o "Dòng điện" dòng điện.
Sau khi di chuyển qua toàn bộ mạch, khi các electron di chuyển vào HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Cathode" \o "Cathode" cathode (thanh cacbon), chúng kết hợp với HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Mangan_dioxit" \o "Mangan dioxit" mangan dioxit (MnO2) và nước (H2O), phản ứng với nhau để tạo ra mangan(III) oxit (Mn2O3) và các ion HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Hi%C4%91roxit" \o "Hiđroxit" hiđroxit tích điện âm. Điều này đi kèm với phản ứng axit-bazơ thứ cấp, trong đó các ion hiđroxit (OH–) tiếp nhận một proton (H+) từ các ion HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Amoni" \o "Amoni" amoni có trong HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_%C4%91i%E1%BB%87n_li" \o "Chất điện li" chất điện li HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Amoni_clorua" \o "Amoni clorua" amoni clorua để tạo ra các phân tử HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Amoniac" \o "Amoniac" amoniac và nước. HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_Leclanch%C3%A9" \l "cite_note-8" [8]
Zn(r) + 2 MnO2(r) + 2 NH4Cl(aq) → ZnCl2(aq) + Mn2O3(r) + 2 NH3(aq) + H2O(l),
hoặc nếu người ta cũng xem xét sự hydrat hóa của Mn2O3(r) sesquioxide thành Mn(III) oxy-hiđroxit:
Zn(r) + 2 MnO2(r) + 2 NH4Cl(aq) → ZnCl2(aq) + 2 MnO(OH)(r) + 2 NH3(aq)
Theo cách khác, sự khử của Mn(IV) có thể tiến hành thêm, tạo thành Mn(II) hiđroxit.
Zn(r) + 2MnO2(r) + 2 NH4Cl(aq) → ZnCl2(aq) + Mn(OH)2(r) + 2 NH3(aq)
Chú thích: r: HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_r%E1%BA%AFn" \o "Chất rắn" thể rắn; l: HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_l%E1%BB%8Fng" \o "Chất lỏng" thể lỏng; aq: HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Hydrat" \o "Hydrat" Hydrat
Sử dụng
HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/L%E1%BB%B1c_%C4%91i%E1%BB%87n_%C4%91%E1%BB%99ng" \o "Lực điện động" Lực điện động (e.m.f. - electromotive force) được tạo ra bởi một pin Leclanche là 1,4 HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/V%C3%B4n" \o "Vôn" vôn, với một HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_tr%E1%BB%9F" \o "Điện trở" điện trở là một số HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Ohm" \o "Ohm" ohm tại một bình xốp được sử dụng. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%87n_b%C3%A1o" \o "Điện báo" điện báo, HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/B%C3%A1o_hi%E1%BB%87u_(vi%E1%BB%85n_th%C3%B4ng)" \o "Báo hiệu (viễn thông)" báo hiệu (viễn thông), chuông điện và các ứng dụng tương tự, trong đó dòng điện liên tục được yêu cầu và nó là kỳ vọng rằng một pin nên yêu cầu bảo trì ít.
Pin ướt Leclanché là tiền thân của HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_k%E1%BA%BDm-cacbon" \o "Pin kẽm-cacbon" pin kẽm-cacbon hiện đại (một loại HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/Pin_kh%C3%B4" \o "Pin khô" pin khô). Việc bổ sung HYPERLINK "https://vi.wikipedia.org/wiki/K%E1%BA%BDm_clorua" \o "Kẽm clorua" kẽm clorua vào chất điện li tạo nên hiệu điện thế đến 1,5 vôn. Những phát triển sau này được phân phối hoàn toàn bằng amoni clorua, tạo ra một loại có thể chịu đựng được sự phóng điện bền vững hơn mà không có điện trở bên trong tăng nhanh (pin kẽm clorua).
