Οι περισσότερες από τις συσκευές που χρησιμοποιούμε σήμερα λειτουργούν με μπαταρίες. Μικρές ή μεγάλες, επαναφορτιζόμενες ή μη, όλες έχουν ένα κοινή αρχή λειτουργίας, μία χημική αντίδραση που παρέχει την ηλεκτρική ενέργεια.

Οι περισσότερες αντιδράσεις έχουν ως αρχή λειτουργίας τη μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ των αντιδραστηρίων. Πρόκειται για αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, όπου λαμβάνει χώρα ταυτόχρονη αναγωγή ενός αντιδρώντος (λαμβάνει το ηλεκτρόνιο)  και οξείδωση του άλλου (απώλεια ηλεκτρονίου). Η κίνηση αυτή των ηλεκτρονίων, αν βρίσκονται σε κύκλωμα, δίνουν το ηλεκτρικό ρεύμα που είναι απαραίτητο για τη λειτουργία της μπαταρίας.

Σχηματισμός αερίου Η2

Η διάλυση ενός μετάλλου, για παράδειγμα του ψευδάργυρου, σε ένα οξύ συνοδεύεται από το σχηματισμό φυσαλίδων αερίου  Η2.  Κατά τη διάλυση σχηματίζονται ιόντα Zn2+ καθώς τα άτομα του μετάλλου χάνουν 2e-.

oksidosi pseydargirou

Τα ηλεκτρόνια που αποσπώνται από τα άτομα του μετάλλου, δεσμεύονται από τα κατιόντα υδρογόνου που βρίσκονται στο διάλυμα, σχηματίζοντας αέριο Η2.

Η μεταφορά των ηλεκτρονίων είναι η αγωγή ηλεκτρικού ρεύματος και παράλληλα ο σχηματισμός αερίου Η2.

Μπορείτε να πραγματοποιήσετε ένα πείραμα για να κατανοήσετε την αντίδραση της οξειδοαναγωγής και το σχηματισμό ηλεκτρικού ρεύματος από την κίνηση των φορτίων.

Θα χρειαστείτε δύο μεταλλικά κομμάτια-ελάσματα, διαφορετικού υλικού(π.χ. χαλκό και ψευδάργυρο) τα οποία και θα ενώσετε  μεταξύ τους με ένα μεταλλικό σύρμα. Καθώς βυθίζετε τα δύο ελάσματα μέσα στο οξύ, αυτά αποτελούν πλέον τα ηλεκτρόδια.

Ως οξύ μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα οικιακό οξύ, όπως το ξύδι ή χυμό λεμονιού. Τα ηλεκτρόνια που σχηματίζονται, καθώς διαλύεται ο ψευδάργυρος  μέσα στο οξύ, μεταφέρονται μέσω του διαλύματος στο χαλκό. Επάνω στο έλασμα του χαλκού θα σχηματιστούν φυσαλίδες Η2. Όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος  του ελάσματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του Η2 που θα σχηματιστεί. orange

Η αντίδραση και η μεταφορά των ηλεκτρονίων θα ολοκληρωθεί όταν διαλυθεί ολόκληρο το έλασμα του ψευδαργύρου στο διάλυμα. Και με αυτόν τον τρόπο έχουμε εξαντλήσει τις δυνατότητες της μπαταρίας μας. Αν, ωστόσο, θέλουμε η μπαταρία να είναι επαναφορτιζόμενη, στόχος είναι να επαναφέρουμε τα ανάγουμε ξανά το έλασμα του ψευδαργύρου. Να επιστρέψουν δηλαδή τα ηλεκτρόνια που έφυγαν προς σχηματισμό Η2 στο ηλεκτρόδιο του Cu.

Η επαναφόρτιση των μπαταριών πραγματοποιείται με την εφαρμογή δυναμικού ανάμεσα στα ηλεκτρόδια και την παροχή αερίου Η2 στο ηλεκτρόδιο του Cu. Το δυναμικό θα προκαλέσει τη μεταφορά ηλεκτρονίων από το αέριο Η2, σχηματίζοντας Η+ , δίνοντας τη δυνατότητα στα ιόντα ψευδαργύρου να λάβουν τα ηλεκτρόνια , να αναχθούν και να επιστρέψουν στο ηλεκτρόδιο του Zn.

Δοκίμασε το!

Εκτός από Zn και Cu, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε και άλλους συνδυασμούς μετάλλων, όπως το Fe με το Zn ή το Fe  με το Cu. Η διαλυτότητα του μετάλλου που οξειδώνεται μέσα στο διάλυμα του οξέος, καθορίζει και το μέγεθος του δυναμικού που θα σχηματιστεί.   Αν χρησιμοποιήσουμε Fe, αντί για Zn θα διαπιστώσουμε ότι παράγεται ρεύμα χαμηλότερης τάσης , καθώς ο σίδηρος δε διαλύεται γρήγορα μέσα στο οξύ.

Το δυναμικό που σχηματίζεται από το ζεύγος μετάλλων, Cu/Zn είναι ικανό να ανάψει μία μικρή λάμπα LED 1V!

About the Author
Δρ Ιωάννης Σ. Καλαμαράς


Χημικός Διδάκτωρ Πανεπιστημίου Πατρών