Voltaik Hücrenin Temel Yapısı ve Çalışma Prensibi

Basit bir voltaik hücre, bir çinko plaka ve bir bakır plakanın sülfürik asit su çözeltisine batırılmasıyla yapılır. Şekilde gösterildiği gibi, bakır plaka ve çinko plaka dışarıdan bir elektrik yükü ile bağlanırsa, bir elektrik akımı yük aracılığıyla bakır plakadan çinko plakaya doğru akmaya başlar. Bu, bakır plaka ile çinko plaka arasında bazı elektriksel potansiyel farkı olduğunu gösterir. Akım bakırdan çinkoya doğru akar, bu da bakır plakanın pozitif yüklü, çinko plakanın ise negatif yüklü olması anlamına gelir.

Voltaik Hücrenin Çalışması

Voltaik hücresinin çalışma prensibi, iki farklı metalin bir elektrolit çözeltiye daldırıldığında, daha reaktif olan metalin elektrolitte pozitif metal iyonları olarak çözünme eğiliminde olmasına dayanır, bu da metalle electron bırakır. Bu fenomen, daha reaktif metal plakanın negatif yüklü olmasını sağlar.

Daha az reaktif metal, elektrolitteki pozitif iyonları çekerek bu iyonların plakada birikmesini sağlar, bu da plakanın pozitif yüklü olmasını sağlar. Bu basit voltaik hücre örneğinde, çinko sülfürik asit çözeltisinde pozitif iyon olarak ortaya çıkar ve ardından çözeltideki negatif SO4 − − iyonu ile reaksiyona girerek çinko sülfat (ZnSO4) oluşturur. Bakır daha az reaktif olduğundan, sülfürik asit çözeltisindeki pozitif hidrojen iyonlarının bakır plakada birikme eğilimindedir. Çözeltide daha fazla çinko iyonu oluştuğu için, çinko plakasında daha fazla elektron bırakılır. Bu elektronlar, çinko ve bakır plakaları arasında bağlanan dış iletken üzerinden geçer.

Bakır plakaya ulaştığında, bu elektronlar plakada biriken hidrojen atomlarıyla birleşerek nötr hidrojen atomları oluşturur. Bu atomlar çiftler halinde birleşerek hidrojen gaz molekülleri oluşturur ve bu gaz sonunda bakır plakanın etrafında hidrojen baloncukları şeklinde yükselir. Voltaik hücre içinde meydana gelen kimyasal işlem aşağıdaki gibidir,

Bununla birlikte, bu işlem, çinko ile sulu sülfürik asit arasındaki temas potansiyeli 0.62 Volt'a ulaştığında durur. Bir voltaik hücrenin çalışması sırasında, çinko plakası, bitişik çözelti filmine göre daha düşük potansiyele sahiptir, aşağıda gösterildiği gibi.

Benzer şekilde, bakır plaka elektrolit ile temas edildiğinde, çözeltideki pozitif hidrojen iyonlarının plakada birikme eğilimindedir, bu da plakanın potansiyelinin çözeltiye göre yaklaşık 0.46 V'ye yükseldiğini gösterir. Bu nedenle, voltaik hücrede geliştirilen elektriksel potansiyel farkı 0.62 − (− 0.46) = 1.08 Volt'tur.

Bir basit voltaik hücrede, genellikle iki temel eksiklik vardır, bu da polarizasyon ve yerel etki olarak adlandırılır.

Voltaik Hücrenin Polarizasyonu

Bu hücrede, akım zamanla azaldığı ve belirli bir süre sonra tamamen durabileceği gözlemlenmiştir. Bu akım azalmasının nedeni, hidrojenin bakır plakada birikmesidir. Hidrojen hücreden baloncuklar halinde çıkmasına rağmen, hala plaka yüzeyinde ince bir tabaka oluşturur. Bu tabaka, elektriksel yalıtım görevi görerek hücrenin iç direncini artırır. Bu yalıtım tabakası nedeniyle, daha fazla hidrojen iyonu bakır plakadan elektron alamaz ve iyon formunda birikmeye devam eder. Bu pozitif hidrojen iyonlarının tabakası, diğer hidrojen iyonlarına karşı itici bir kuvvet uygular, bu da akımı azaltır. Bu fenomen polarizasyon olarak bilinir.

Voltaik Hücrenin Yerel Etkisi

Görüldüğü gibi, voltaik hücre herhangi bir akım sağlamadığında bile, çinko sürekli olarak elektrolit içinde çözünür. Bunun nedeni, ticari çinkodaki demir ve kurşun gibi iz miktarında bulunan kirliliklerin, ana çinko gövdesi tarafından kısa devrelenen küçük yerel hücreler oluşturmalarıdır. Bu parazit hücrelerin etkisi kontrol edilemez, bu da çinkoda bazı kayıp meydana getirir. Bu fenomen, yerel etki olarak bilinir.

Açıklama: Orijinal, paylaşmaya değer iyi makalelerdir, telif hakkı ihlali varsa silme talebinde bulunun.