Co je to buňka Daniell?
Buňka Daniell je druh měď-zinková baterie, která používá porézní bariéru mezi těmito dvěma kovy. Vynalezl jej v roce 1836 britský chemik John Frederic Daniell. Jakmile byl široce používán v evropském telegrafním průmyslu, byl na konci 19. století nahrazen modernějšími návrhy baterií. Dnes se v učebně používá především k demonstraci fungování baterií.
Italský vědec Alessandro Volta vynalezl baterii v roce 1800. Jeho design používal sloupec střídavých zinekových a měděných disků, s kousky kartonu nasycenými solným roztokem naskládanými mezi každý kus kovu. Tato hromada Voltaic byla použita v mnoha elektrických experimentech, ale s méně než hodinovou výdrží baterie neměla žádné skutečné průmyslové aplikace. Daniell upravil design Volty tak, aby vytvořil baterii s delší životností, což umožňuje její praktické použití.
Princip baterie Daniell a Volta je stejný. Kapalný solut zvaný elektrolyt - podle Voltova návrhu, solanka mezi kovovými deskami - začíná rozpouštět zinek a měď na kladně nabité ionty. Když ionty opouštějí kov, zůstávají volné elektrony pozadu. Zinek se rozpustí rychleji než měď, což znamená, že zinek brzy obsahuje více elektronů. Jestliže jeden spojí dva kusy kovu s drátem, elektrony budou migrovat drátem od zinku k mědi, vytvářet elektrický proud.
Pokud se zinek a měď rozpouští ve stejném elektrolytu, jako je tomu u hromady Voltaic, zkrátí životnost baterie dva procesy. Pokud je skladován bez odebírání elektřiny, budou měděné ionty v elektrolytu vedeny do záporně nabitého zinkového terminálu. Tyto ionty se pak spojí s elektrony v zinku a neutralizují tak svůj náboj. Nakonec už nebude k dispozici žádný další zinek k rozpuštění. Tento proces se nazývá redukce .
K dalšímu procesu zabíjení baterií dochází při odebírání elektřiny. Zinečnaté ionty budou tlačit vodík v elektrolytu na měď, kde se vodík hromadí na povrchu a nakonec zastaví tok elektřiny. Tento proces se nazývá polarizace . Buňka Daniell byla navržena jako reakce na dvojče problémy redukce zinku a polarizace. Řeší tyto problémy izolováním zinku a mědi v oddělených elektrolytech.
Aby se vytvořila buňka Daniell, může být nádoba z hliněného hliníku naplněna kyselinou sírovou a ponořen do ní kousek zinku. Nádoba pak může být umístěna uvnitř měděné plechovky, která byla naplněna síranem měďnatým. Kameninová bariéra udržuje zinek a měď na opačných stranách; tím se zabrání tomu, aby ionty zinku posílaly vodík na měď, což brání polarizaci. Také udržuje měděné ionty mimo zinek, čímž zabraňuje redukci zinku. Daniell označil svoji buňku za konstantní baterii kvůli její prevenci polarizace.
Póry v bariéře umožňují pozitivně nabitým síranovým iontům cestovat ze strany mědi na stranu zinku. To vyrovnává tok elektronů ze zinku do mědi po dokončení obvodu. Množství elektrického potenciálu produkovaného Daniell buňkou bylo jmenováno volt . Hodnota moderního voltu se mírně liší; buňka Daniell produkuje asi 1,1 dnešních voltů a má vnitřní odpor asi 2 ohmy.