Τύποι κυττάρων συγκέντρωσης

Η κυψέλη συγκέντρωσης είναι μια ενδιαφέρουσα έννοια στη χημεία που χρησιμοποιεί ουσίες για την παραγωγή τάσης. Η έννοια αντλεί το όνομά της από τη διαφορά στη συγκέντρωση του διαλύματος. Θα εξηγήσουμε περισσότερα σχετικά με τη μέθοδο και τη χρήση των κυττάρων συγκέντρωσης σε αυτό το άρθρο. Αυτό το άρθρο απαντά επίσης σε ορισμένες συχνές ερωτήσεις των κυττάρων συγκέντρωσης στο τέλος.

Τι είναι ένα κύτταρο συγκέντρωσης;

Ένα κύτταρο συγκέντρωσης είναι ένα γαλβανικό στοιχείο που περιλαμβάνει δύο ημιστοιχεία γεμάτα με τα ίδια ηλεκτρόδια. Ωστόσο, η συγκέντρωση της ουσίας ποικίλλει σε αυτά τα δύο ημικύτταρα, το ένα είναι κύτταρο χαμηλής συγκέντρωσης και το άλλο κύτταρο υψηλής συγκέντρωσης.

Ένα άλλο όνομα της κυψέλης συγκέντρωσης είναι ηλεκτροχημική κυψέλη επειδή μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Η κίνηση της ουσίας από την κυψέλη υψηλής συγκέντρωσης στην κυψέλη χαμηλής συγκέντρωσης παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, η ενέργεια που παράγεται από το στοιχείο είναι συχνά μικρότερη από 60 millivolt. ως εκ τούτου δεν χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ενέργειας.

Τα δύο ημικύτταρα με διαφορετικές συγκεντρώσεις τείνουν πάντα να εξισορροπούν την ουσία στα κύτταρα. Ως εκ τούτου, το κύτταρο με υψηλή συγκέντρωση αραιώνεται για να αυξήσει τις ουσίες στο κύτταρο με χαμηλή συγκέντρωση. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται χημική ισορροπία.

Ποιοι είναι οι τύποι των κυττάρων συγκέντρωσης;

Ένα κύτταρο συγκέντρωσης ταξινομείται κυρίως σε δύο τύπους, όπως 

• Κυψέλη συγκέντρωσης ηλεκτρολυτών

• Κυψέλη συγκέντρωσης ηλεκτροδίων

Θα ξέρετε τι σημαίνουν αυτοί οι όροι σε αυτές τις σημειώσεις κελιών συγκέντρωσης.

• Κυψέλη συγκέντρωσης ηλεκτρολυτών

Σε αυτόν τον τύπο κυψελών, δύο ίδια ηλεκτρόδια βυθίζονται σε ένα διάλυμα από ηλεκτρολύτη, το οποίο έχει διαφορετικά επίπεδα συγκέντρωσης. Αυτός ο τύπος κυψέλης μετακινεί τα ηλεκτρόδια από την υψηλότερη συγκέντρωση στο χαμηλότερο συμπυκνωμένο διάλυμα για να σχηματίσει μια ισορροπία.

Για παράδειγμα, ένα στοιχείο ηλεκτρολυτικής συγκέντρωσης αποτελείται από υδρογόνο και ιόν οξυγόνου. Το κύτταρο χρησιμοποιείται για την αποσύνθεση του νερού.

• Κυψέλη συγκέντρωσης ηλεκτροδίων

Η κυψέλη ηλεκτροδίου αποτελείται από τα ίδια ηλεκτρόδια βουτηγμένα σε διάλυμα που αποτελείται από τα ίδια ηλεκτρόδια, και ωστόσο, η συγκέντρωση αυτών των ηλεκτροδίων είναι διαφορετική.

Για παράδειγμα, δύο ηλεκτρόδια υδρογόνου που εκτίθενται σε διαφορετική αέρια πίεση βυθίζονται σε ένα διάλυμα. Αυτό το διάλυμα αποτελείται επίσης από ιόντα υδρογόνου αλλά τοποθετείται σε διαφορετικές συγκεντρώσεις στα ημικύτταρα.

Τα κύτταρα συγκέντρωσης ηλεκτρολυτών και ηλεκτροδίων είναι οι δύο κύριοι τύποι κυψελών συγκέντρωσης. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλοι τύποι κυττάρων. Στην επόμενη ενότητα των σημειώσεων των κυττάρων συγκέντρωσης, θα γνωρίζουμε για τα άλλα κύτταρα.

Ποιοι είναι οι άλλοι τύποι κελιών;

Εκτός από τα δύο κύρια κύτταρα, τον ηλεκτρολύτη και το ηλεκτρόδιο, υπάρχουν άλλα τρία κύτταρα. Αυτά είναι

• Κυψέλη συγκέντρωσης μεταλλικών ιόντων
• Κυψέλη συγκέντρωσης οξυγόνου
• Ενεργό παθητικό κύτταρο συγκέντρωσης 

Ενημερώστε μας τι σημαίνουν αυτοί οι όροι.

• Κυψέλη συγκέντρωσης μεταλλικών ιόντων

Σε αυτό το κελί, ένα διάλυμα μεταλλικών ιόντων τοποθετημένα σε υψηλή συγκέντρωση θα υπάρχει σε επιφάνειες φαιού παρουσία νερού. Από την άλλη πλευρά, τα μεταλλικά ιόντα με χαμηλές συγκεντρώσεις θα βρίσκονται στο άνοιγμα του κυττάρου.

Τα υψηλότερα συγκεντρωμένα μεταλλικά ιόντα θα είναι ανοδικά και τα χαμηλότερης συγκέντρωσης ιόντα μετάλλων θα είναι καθοδικά. Το πρώτο είναι προστατευμένο και το δεύτερο είναι διαβρωμένο.

• Κυψέλη συγκέντρωσης οξυγόνου

Σε μια κυψέλη οξυγόνου, το οξυγόνο στον αέρα θα περιοριστεί από το να διαχέεται ομοιόμορφα στο υδατικό διάλυμα. Το νερό περιέχει ήδη διαλυμένο οξυγόνο καθώς αγγίζει την μεταλλική επιφάνεια, δημιουργώντας μια διαφορά στη συγκέντρωση οξυγόνου στα δύο ημικύτταρα.

• Ενεργό παθητικό κύτταρο συγκέντρωσης

Σε αυτόν τον τύπο κυψελών συγκέντρωσης, η μεταλλική ουσία βασίζεται σε ένα εξαιρετικά συνδεδεμένο παθητικό φιλμ για να το προστατεύει από τη διάβρωση. Το παθητικό φιλμ είναι συνήθως ένα οξείδιο. Εδώ το αλάτι συσσωρεύεται στην επιφάνεια του μετάλλου για να σπάσει το φιλμ παρουσία νερού.

Η ηλεκτρική ενέργεια στο στοιχείο θα αναπτυχθεί μεταξύ του παθητικού φιλμ και του εκτεθειμένου ενεργού μετάλλου. Εδώ το πρώτο θα παίξει το ρόλο της καθόδου και το δεύτερο θα είναι η άνοδος της συγκέντρωσης.

Ποιες είναι οι χρήσεις των κυττάρων συγκέντρωσης;

Ένα στοιχείο συγκέντρωσης είναι ένα γαλβανικό στοιχείο, που σημαίνει ότι βρίσκεται κάτω από τα ηλεκτροχημικά στοιχεία. Αυτά τα κύτταρα χρησιμοποιούνται για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στις μπαταρίες. Η ενέργεια παράγεται όταν τα ηλεκτρόνια μετακινούνται μέσα στην κάθοδο και έξω από την άνοδο. Η χρήση της ηλεκτροχημείας είναι σημαντική στη ζωή μας. Παρέχει ρεύμα σε πολλές ηλεκτρικές συσκευές που λειτουργούν με μπαταρίες. Ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο είναι ένα τυπικό στοιχείο 1,5 volt που χρησιμοποιείται στο

•  τηλεχειριστήρια τηλεόρασης
• ρολόγια
• αριθμομηχανές
• φακός
• αυτοκίνητο
• τηλέφωνα

Αυτές είναι οι πιο κοινές χρήσεις ενός στοιχείου συγκέντρωσης ή ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου. Πολλές συσκευές ή μπαταρίες χρησιμοποιούν μία ή περισσότερες τέτοιες κυψέλες για να λειτουργήσουν.

Η ηλεκτροχημεία χρησιμοποιείται επίσης για την επικάλυψη αντικειμένων σε διακοσμητικά μέταλλα όπως ο χρυσός ή το χρώμιο.

Ποια είναι τα συστατικά ενός κυττάρου συγκέντρωσης;

Ένα κύτταρο συγκέντρωσης είναι κατασκευασμένο με τρία συστατικά. Αυτά είναι η γέφυρα αλατιού, το ηλεκτρόδιο και το βολτόμετρο.

• Γέφυρα αλατιού

Διαχωρίζει δύο ημικύτταρα και ανοίγει χώρο για την ανταλλαγή των ιόντων στο διάλυμα. Τα ηλεκτρικά καλώδια παραλείπονται σε αυτή τη μέθοδο επειδή τα ιόντα θα αντιδρούσαν αρνητικά στην ενέργεια. Επίσης, θα προκαλούσε τη συσσώρευση ηλεκτρονίων.

• Ηλεκτρόδιο

Τα ηλεκτρόδια που υπάρχουν στα κύτταρα συγκέντρωσης είναι γνωστά ως κάθοδος και άνοδος. Όταν συμβαίνει οξείδωση, η άνοδος χάνει ηλεκτρόνια και τα περνά στην κάθοδο. Επομένως, τα ηλεκτρόνια συσσωρεύονται στην κάθοδο και αρχίζουν να τη μειώνουν.

• Βολτόμετρο

Το βολτόμετρο συνήθως κρατιέται ανάμεσα στα δύο ημικελιά. Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του δυναμικού του στοιχείου ή της διαφοράς τάσης που δημιουργείται από την αύξηση της συγκέντρωσης των αντιδρώντων. Το δυναμικό του στοιχείου είναι επίσης γνωστό ως ηλεκτροκινητική δύναμη ή EMF.

Ποια είναι η μέθοδος που χρησιμοποιείται στα κύτταρα συγκέντρωσης;

Μια τάση παράγεται με τη μείωση της θερμοδυναμικής ενέργειας στο στοιχείο συγκέντρωσης. Αυτό συμβαίνει λόγω της χημικής ισορροπίας στα δύο ημικύτταρα. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται επίσης για τη μείωση ή την αύξηση των ηλεκτροδίων στα κύτταρα.

Τα κύτταρα απορροφούν τη θερμική ενέργεια ως θερμότητα, η οποία οδηγεί στην αύξηση της εντροπίας μέσω της χημικής ισορροπίας. Ομοίως, η μείωση της εντροπίας αντισταθμίζεται όταν η θερμότητα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Συμπέρασμα

Η μάθηση για τα κύτταρα συγκέντρωσης είναι ενδιαφέρουσα καθώς έχει σημαντική χρήση στην καθημερινή μας ζωή. Επιπλέον, οι μαθητές παίρνουν μια ιδέα για τις κινήσεις των ηλεκτρολυτών σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Οι κυψέλες συγκέντρωσης είναι μια σημαντική τεχνολογία που χρησιμοποιείται κυρίως σε μπαταρίες. Η τεχνολογία χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ουσίας για να σχηματίσει μια ισορροπία μεταξύ των παρασκευασμάτων. Τα κύτταρα συγκέντρωσης είναι μια περιορισμένη μορφή γαλβανικών κυψελών. Εδώ παράγεται ενέργεια μετατοπίζοντας μια ουσία από το κύτταρο υψηλής συγκέντρωσης στο κύτταρο χαμηλής συγκέντρωσης. Το κύτταρο δημιουργεί ασυνέπεια ισορροπίας μέσω αυτής της μεταφοράς των ηλεκτρονίων από το ένα κύτταρο στο άλλο, που ονομάζεται χημική ισορροπία. Για να επιτευχθεί η ισορροπία στα ηλεκτρόνια, το κύτταρο υψηλότερης συγκέντρωσης αραιώνεται και το άλλο μισό με λιγότερη συγκέντρωση αυξάνεται μέσω αυτής της μεταφοράς.