بطارية زنك-كربون

بطاريات زنك-كربون مختلفة الأحجام.

بطارية الزنك والكربون أو بطارية الخارصين والكربون هي بطارية جافة وهي خلية جلفانية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائيه ، وبالتالي هي مصدر للتيار الكهربائي . تستخدم في أدوات معهودة كثيرة مثل بطاريات الجيب والساعات والأجهزة الإلكترونية مثل الراديو.

مقدمة

بطارية الزنك-كربون من البطاريات البسيطة ، وهي تختلف عن المركم في كونها لا يمكن إعادة شحنها . تعددت استخدامات تلك البطارية حتى نهاية السبعينيات من القرن الماضي في مختلف الأحجام وكان لها معدل للتفريغ الذاتي ليس بقليل ، ثم استبدلت ببطاريات أخرى مرتفعة القدرة ، مثل بطارية قلوي-منجنيز .

يبلغ جهد بطارية الزنك-كربون نحو 1.5 فولت. وعن طريق توصيل عدة بطاريات منها على التوالي (سالب موجب- سالب موجب وهكذا مثلما في بطارية الجيب ) يمكن زيادة الجهد الكلي للمجموعة . ويوجد منها أنواع ذات جهد 4.5 فولط (مكونة من ثلاث بطاريات في علبة واحدة) ونوع آخر يعطي جهدا قدره 6 فولط (مكونة من 4 بطاريات في علبة واحدة ، لأن الخلية الواحدة من البطارية تعطي 1.5 فولط فقط طبقا لخواص المادتين المستخدمتين لتشغيلها وهما الزنك و المنجنيز).

تركيبها

قطاع في بطارية زنك-كربون.

تتكون بطارية الزنك والكربون من علبة من الزنك (تمثل القطب السالب) ومسحوق ثاني أكسيد المنجنيز (كقطب موجب) وهو يحوي عمودا مركزيا من الكربون المضغوط (أو الجرافيت) ، يغطي عمود الكربون غطاء معدنيا لتحسين توصيل التيار . يستخدم كهرل مكون من محلول كلوريد الأمونيوم بتركيز 20 % . يتم استخدام البطارية كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الجهاز المستهلك (مثل بطارية جيب) بقطبي البطارية .

تستهلك علبة الزنك المحيطة بالكهرل وتتآكل بتشغيل البطارية (القطب السالب). ويغطى عمود الكربون (القطب الموجب) غطاء معدنيا لتحسين توصيل الكهرباء .^[1] التفاعل الكيميائي المنتج للكهرباء يتم بين الزنك وأكسيد المنجنيز .

مشكلاتها

تآكل الزنك في بطارية الزنك-كربون.

كانت بطاريات الزنك-كربون معرضة لتسرب محلول الكهرل منها ، فكان ذلك يفسد الجهاز الكهربائي الذي يستخدمها . لهذا إذا استخدمت تلك البطاريات فمن المستحسن اخراج البطارية من الجهاز في أوقات عدم استخدامه .

ينخفض الجهد الابتدائي للبطارية سريعا فهي لا تصلح للاستخدام المستمر عند القدرات العالية . كما أن التفريغ الذاتي لتلك البطارية مرتفع مما يحتاج إلى عدة بطاريات احتياطية مخزونة منها .

التفاعلات

• القطب السالب (المصعد) :

${\displaystyle \mathrm {Zn\rightarrow Zn^{2+}+2e^{-}} }$

تذهب بعض أيونات الزنك إلى محلول الكهرل ويبقى إلكترونان (عن كل ذرة زنك ) على قطب المصعد ، وينشأ على المصعد جهدا قدره [ −1.04 فولط ] .

(ملحوظة: سنرى أن القطب الآخر (المهبط) سيكون ذو شحنة موجبة مما يجعل الإلكترونات المتولدة على المصعد تتوجه خلال التوصيلة الخارجية (جهاز راديو مثلا) إلى المصعد ، وبذلك تتم الدورة الكهربائية . ونقول دورة لأن في داخل البطارية تسير الأيونات بين القطبين في الاتجاه العكسي ، فتكتمل الدورة).

• القطب الموجب (المهبط أو الكاثود):

${\displaystyle \mathrm {2MnO_{2}+2H_{2}O+2e^{-}\rightarrow 2MnO(OH)+2OH^{-}} }$

يأخذ ثاني أكسيد المنجنيز ${\displaystyle \ MnO_{2}}$ إلكترونين ويتفاعل مع الماء إلى هيدروكسيد أكسيد المنجنيز ${\displaystyle \ MnO(OH)}$ تاركا أيونات هيدروكسيد حرة. ينشأ على المهبط جهدا كهربائيا موجبا مقداره [ + 5و0 فولط]

يتكون الماء والأمونيا في كهرل كلوريد الأمونيوم :

${\displaystyle \mathrm {2NH_{4}^{+}+2OH^{-}\rightarrow 2NH_{3}+2H_{2}O} }$

ما ينشأ من جزيئات الأمونيا يرتبط بأيونات الزنك :

${\displaystyle \mathrm {Zn^{2+}+2NH_{3}\rightarrow [Zn(NH_{3})_{2}]^{2+}} }$

ويتفاعل هذا المركب مع أيونات الكلور الناشئة من كلوريد الأمونيوم :

${\displaystyle \mathrm {[Zn(NH_{3})_{2}]^{2+}+2Cl^{-}\rightarrow [Zn(NH_{3})_{2}]Cl_{2}} }$

المعادلة الكيميائية الكلية :

${\displaystyle \mathrm {Zn+2MnO_{2}+2NH_{4}Cl\rightarrow 2MnO(OH)+[Zn(NH_{3})_{2}]Cl_{2}} }$

بذلك تكون القوة الدافعة الكهربائية المتكونة نحو 5و1 فولط . وتكون القوة الدافعة الكهربائية لخلية الزنك-كربون تقريبية بسبب تأثير التفاعلات الجانبية ، في حين أن تفاعل الزنك يولد جهدا دقيق المقدار .

ورغم أن الكربون عنصر أساسي في تركيب البطارية إلا أنه لا يدخل في التفاعلات الكيميائية كما رئينا ، ووظيفته هو تجميع الإلكترونات (التيار) وخفض مقاومة مخلوط ثاني أكسيد المنجنيز . فمن الأصح أن تسمى تلك البطارية "بطارية زنك-منجنيز ".

وتعتبر هذا البطارية "بطارية أولية " حيث لا يمكن اعادة شحنها .

المراجع

أنظر أيضا ً

• خلية جلفانية
• جلفنة
• بطارية
• مركم
• بطارية قلوية
• بطارية ليثيوم أيون
• بطارية الرصاص
• بطارية السيارة
• كيمياء كهربائية
• نصف تفاعل
• مؤكسد
• قائمة الجهود القياسية

موسوعات ذات صلة :

• موسوعة كهرباء
• موسوعة إلكترونيات
• موسوعة طاقة
• موسوعة تقانة