Was ist die Daniell -Zelle?
Die Daniell-Zelle ist eine Art Kupfer-Zink-Batterie, die eine poröse Barriere zwischen den beiden Metallen verwendet. Es wurde 1836 vom britischen Chemiker John Frederic Daniell erfunden. Einmal in der europäischen Telegraphenindustrie eingesetzt, wurde es Ende des 19. Jahrhunderts durch modernere Batteriedesigns ersetzt. Heute wird im Klassenzimmer hauptsächlich verwendet, um zu demonstrieren, wie Batterien funktionieren. Dieser voltaische Stapel wurde in vielen elektrischen Experimenten verwendet, aber mit weniger als einer Stunde Akkulaufzeit hatte keine wirkliche industrielle Anwendungen. Daniell modifizierte Voltas Design, um eine Batterie mit einer längeren Lebensdauer zu erstellen, sodass er praktisch verwendet wird. Ein flüssiger gelöster Stoff namens Electrolyt - in Volta's Design,Die Sole zwischen den Metallplatten-beginnt, das Zink und das Kupfer in positiv geladene Ionen aufzulösen. Wenn die Ionen das Metall verlassen, bleiben freie Elektronen zurück. Das Zink löst sich schneller auf als das Kupfer, was bedeutet, dass das Zink bald mehr Elektronen enthält. Wenn man die beiden Metallstücke mit einem Draht verbindet, migrieren die Elektronen durch den Draht vom Zink zum Kupfer, wodurch ein elektrischer Strom entsteht.
Wenn sich Zink und Kupfer im selben Elektrolyten auflösen, wie im Voltaic -Stapel, verkürzen zwei Prozesse die Lebensdauer der Batterie. Wenn es aufbewahrt wird, ohne dass der Strom gezogen wird, werden die Kupferionen im Elektrolyten zum negativ geladenen Zinkterminal gezogen. Diese Ionen werden dann mit den Elektronen im Zink koppeln und ihre Ladung neutralisieren. Schließlich wird kein Zink mehr für die Auflösung verfügbar sein. Dieser Prozess wird als reduziert bezeichnetIon .
Der andere Batterieverfahren tritt auf, wenn der Strom gezogen wird. Die Zinkionen drücken Wasserstoff in den Elektrolyten zum Kupfer, wo sich der Wasserstoff auf der Oberfläche aufbaut und schließlich den Stromfluss anhält. Dieser Prozess ist als Polarisation bekannt. Die Daniell -Zelle wurde als Reaktion auf die Zwillingsprobleme der Zinkreduktion und -polarisierung entworfen. Es löst diese Probleme, indem Zink und Kupfer in getrennten Elektrolyten isoliert werden.
Um eine Daniell -Zelle zuzubereiten, kann ein unglasierter Erdwarenbehälter mit Schwefelsäure und einem in sie eingetauchten Zinkstück gefüllt werden. Der Behälter kann dann in eine Kupferdose platziert werden, die mit Kupfersulfat gefüllt wurde. Die Steingutbarriere hält das Zink und das Kupfer auf den gegenüberliegenden Seiten. Dies verhindert, dass die Zinkionen Wasserstoff an das Kupfer senden und die Polarisation verhindert. Es hält auch die Kupferionen vom Zink fern und verhindert die Zinkreduzierung. Daniell bezeichnete seine Zelle als die konstante Batterie wegen seiner Verhinderung der Polarisation.
Die Poren in der Barriere ermöglichen es positiv geladene Sulfationen, von der Kupferseite zur Zinkseite zu wandern. Dadurch wird der Elektronenfluss vom Zink zum Kupfer ausgewirren, wenn die Schaltung abgeschlossen ist. Die Menge an elektrischem Potential, die von einer Daniell -Zelle erzeugt wurde, wurde als Volt bezeichnet. Der Wert des modernen Volts ist etwas anders; Eine Daniell -Zelle erzeugt etwa 1,1 der heutigen Volt und hat einen inneren Widerstand von etwa 2 Ohm.