மின்கலங்களில் நிகழும் வேதி வினைகள்

மின்கலங்களில் நிகழும் வேதி வினைகள்

மனித வரலாற்றில் மிக முக்கியமான கண்டுபிடிப்புகளில் ஒன்றாக மின்கலங்கள் திகழ்கின்றன; அவை கைக்கடிகாரங்கள் முதல் மின்சாரக் கார்கள் வரையிலான சாதனங்களுக்கு ஆற்றலை அளிக்கின்றன. ஒரு மின்கலத்தின் செயல்பாட்டிற்கு அதன் உள்ளே நிகழும் வேதிவினைகளே திறவுகோலாகும். இந்தக் கட்டுரை, பல்வேறு வகையான மின்கலங்களின் செயல்பாட்டிற்கு அடிப்படையாக உள்ள வேதிவினைகளைப் பற்றி விவாதிக்கும்.

பேட்டரிகளின் ஒரு சுருக்கமான வரலாறு

முதல் மின்கலம் 1800-ஆம் ஆண்டில் அலெஸாண்ட்ரோ வோல்டாவால் கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. உப்புக்கரைசலில் ஊறவைக்கப்பட்ட துணியால் பிரிக்கப்பட்ட செம்பு மற்றும் துத்தநாகத் தகடுகளின் அடுக்கைப் பயன்படுத்தி, அவர் "வோல்டா அடுக்கு" என்ற அமைப்பை உருவாக்கினார். இந்தக் கண்டுபிடிப்பு, அதிக செயல்திறன் மிக்க மற்றும் எளிதில் எடுத்துச் செல்லக்கூடிய மின்கலங்களின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுத்தது.

பேட்டரிகளின் அடிப்படைக் கொள்கைகள்

அனைத்து மின்கலங்களின் அடிப்படைக் கொள்கை, ஒரு வேதிவினை மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்குவதே ஆகும். ஒவ்வொரு மின்கலமும் மூன்று முக்கியக் கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது: ஆனோடு, கேத்தோடு மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்.

– ஆனோடு என்பது ஒரு மின்வேதியியல் வினையின் போது எலக்ட்ரான்களை வெளியிடும் எதிர்மின் முனை ஆகும்.
கேத்தோடு என்பது எலக்ட்ரான்களைப் பெறும் நேர்மின்முனை ஆகும்.
மின்பகுளி என்பது நேர்மின்முனைக்கும் எதிர்மின்முனைக்கும் இடையில் அயனிகளின் இயக்கத்தை அனுமதித்து, வேதி வினைகளை எளிதாக்கும் ஒரு ஊடகமாகும்.

மின்கலத்தில் நிகழும் வினைகள் ரெடாக்ஸ் (ஒடுக்க-ஆக்ஸிஜனேற்ற) வினைகள் என அழைக்கப்படுகின்றன. நேர்மின்வாயில் ஆக்ஸிஜனேற்ற வினையும், எதிர்மின்வாயில் ஒடுக்க வினையும் நிகழ்கின்றன.

கார பேட்டரி

கார பேட்டரிகள் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் பேட்டரி வகைகளில் ஒன்றாகும். அவை பொதுவாக டிவி ரிமோட்டுகள் மற்றும் டார்ச் விளக்குகள் போன்ற குறைந்த சக்தி கொண்ட சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

கொம்பொனென்

– ஆனோடு: துத்தநாகம் (Zn)
– எதிர்மின்வாய்: மாங்கனீசு டை ஆக்சைடு (MnO₂)
– மின்பகுளி: பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு (KOH)

வேதியியல் வினை

ஒரு கார மின்கலத்தில் நிகழும் வினை:

– ஆனோடு (ஆக்சிஜனேற்றம்):
Zn (s) + 2 OH⁻ (aq) → Zn(OH)₂ (s) + 2 e⁻

– எதிர்மின்வாய் (ஒடுக்கம்):
2 MnO₂ (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 MnO(OH) (s) + 2 OH⁻ (aq)

உருவான மொத்த வினை:

Zn(s) + 2 MnO₂(s) → ZnO(s) + Mn₂O₃(s)

இந்த வினையின் போது, ​​ஆனோடில் உள்ள துத்தநாகம் ஆக்சிஜனேற்றம் அடைந்து துத்தநாக ஆக்சைடை (ZnO) உருவாக்குகிறது, அதே நேரத்தில் கேத்தோடில் உள்ள மாங்கனீசு டை ஆக்சைடு ஒடுக்கம் அடைந்து Mn₂O₃ ஆக மாறுகிறது.

ஈய அமில மின்கலம்

ஈய-அமில மின்கலங்கள், மோட்டார் வாகனங்களில் தொடக்க ஆற்றல் மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படும் மின்கல வகையாகவே மிகவும் அறியப்படுகின்றன. இந்த மின்கலங்கள், தடையற்ற மின்வழங்கிகளில் (UPS) உள்ள ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளிலும் பெரும்பாலும் காணப்படுகின்றன.

கொம்பொனென்

– ஆனோடு: ஈயம் (Pb)
– எதிர்மின்வாய்: ஈய டை ஆக்சைடு (PbO₂)
– மின்பகுளி: கந்தக அமிலம் (H₂SO₄)

வேதியியல் வினை

ஈய-அமில மின்கலத்தில் நிகழும் வினை:

– ஆனோடு (ஆக்சிஜனேற்றம்):
Pb(s) + SO₄²⁻ (aq) → PbSO₄(s) + 2 e⁻

– எதிர்மின்வாய் (ஒடுக்கம்):
PbO₂ (s) + SO₄²⁻ (aq) + 4 H⁺ (aq) + 2 e⁻ → PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

உருவான மொத்த வினை:

Pb (s) + PbO₂ (s) + 2 H₂SO₄ (aq) → 2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

சல்பூரிக் அமிலம் ஒரு மின்பகுளியாகச் செயல்பட்டு, நேர்மின்முனைக்கும் எதிர்மின்முனைக்கும் இடையில் அயனிகளின் பரிமாற்றத்தை எளிதாக்குகிறது. மின்கலம் மீண்டும் மின்னேற்றப்படும்போது, ​​இந்த வினை தலைகீழாக மாறி, ஈயம் (Pb) மற்றும் ஈய ஆக்சைடு (PbO₂) ஆகியவை அவற்றின் உரிய மின்முனைகளுக்குத் திரும்புகின்றன.

லித்தியம்-அயன் பேட்டரி

லித்தியம்-அயன் மின்கலங்கள், நவீன மின்கல வகைகளில் மிகவும் பிரபலமான ஒன்றாகும். இவை கைபேசிகள், மடிக்கணினிகள் மற்றும் மின்சாரக் கார்கள் போன்ற கையடக்க மின்னணு சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

கொம்பொனென்

– ஆனோடு: லித்தியம் அயனிகள் (LiC₆) இடைச்செருகப்பட்ட கிராஃபைட்
– எதிர்மின்வாய்: லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO₂), லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (LiMn₂O₄) அல்லது லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LiFePO₄) போன்ற அடுக்கு திடப்பொருள்.
– மின்பகுளி: லித்தியம் உப்புகளைக் கொண்ட பாலிமர்களின் ஒரு திரவக் கலவை.

வேதியியல் வினை

லித்தியம்-அயன் மின்கலங்களில் நிகழும் வேதிவினைகள் பின்வருமாறு:

– ஆனோடு (வெளியேற்றம்):
LiC₆ → C₆ + Li⁺ + e⁻

– எதிர்மின்வாய் (வெளியேற்றம்):
LiCoO₂ + Li⁺ + e⁻ → LiCoO₂

மின்னிறக்கத்தின் போது ஏற்படும் மொத்த வினை:

C₆Li + LiCoO₂ → C₆ + CoO₂ + Li₂O

மின்கலம் மீண்டும் மின்னேற்றப்படும்போது தலைகீழ் வினை நிகழ்கிறது. மின்னேற்றத்தின் போது, ​​லித்தியம் அயனிகள் எதிர்மின்வாயிலிருந்து கிராஃபைட் நேர்மின்வாயை நோக்கி மீண்டும் நகர்கின்றன.

நிக்கல்-காட்மியம் (NiCd) மின்கலம்

மின் கருவிகள் மற்றும் மருத்துவ சாதனங்கள் போன்ற, அடிக்கடி மின்னேற்றம் மற்றும் மின்னிறக்கம் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளுக்கு நிக்கல்-காட்மியம் மின்கலங்கள் நீண்ட காலமாகப் பயன்படுத்தப்பட்டு வருகின்றன.

கொம்பொனென்

– ஆனோடு: காட்மியம் (Cd)
– எதிர்மின்வாய்: நிக்கல் ஆக்சைடு ஹைட்ராக்சைடு (NiO(OH))
– மின்பகுளி: பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு (KOH)

வேதியியல் வினை

நிக்கல்-காட்மியம் மின்கலத்தில் நிகழும் வினை:

– ஆனோடு (ஆக்சிஜனேற்றம்):
Cd (s) + 2 OH⁻ (aq) → Cd(OH)₂ (s) + 2 e⁻

– எதிர்மின்வாய் (ஒடுக்கம்):
2 NiO(OH) (s) + 2 H₂O (l) + 2 e⁻ → 2 Ni(OH)₂ (s) + 2 OH⁻ (aq)

உருவான மொத்த வினை:

Cd (s) + 2 NiO(OH) (s) + 2 H₂O (l) → Cd(OH)₂ (s) + 2 Ni(OH)₂ (s)

இந்த வினையில், ஆனோடில் உள்ள காட்மியம், காட்மியம் ஹைட்ராக்சைடாக ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகிறது, அதே நேரத்தில் கேத்தோடில் உள்ள நிக்கல் ஆக்சைடு ஹைட்ராக்சைடு, நிக்கல் ஹைட்ராக்சைடாக ஒடுக்கம் அடைகிறது.

முடிவுரை

நமது நவீன வாழ்வில் மின்கலங்கள் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன, மேலும் அவற்றுக்குள் நிகழும் வேதி வினைகளைப் புரிந்துகொள்வது, அதிக செயல்திறன் மிக்க தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்குவதற்கு முக்கியமாகும். எளிய கார மின்கலங்களாக இருந்தாலும் சரி, அதிநவீன லித்தியம்-அயன் மின்கலங்களாக இருந்தாலும் சரி, அனைத்து மின்கலங்களும் மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய ஆக்சிஜன் ஒடுக்க வினைகள் என்ற அடிப்படைக் கொள்கையையே சார்ந்துள்ளன. ஆராய்ச்சி மற்றும் தொழில்நுட்பப் புத்தாக்கங்களில் ஏற்படும் முன்னேற்றங்களால், எதிர்கால மின்கலங்கள் அதிக செயல்திறன் மிக்கதாகவும், நீடித்து உழைக்கக்கூடியதாகவும், சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்ததாகவும் மாறும் என்று நாம் எதிர்பார்க்கலாம்.

இந்த மின்கலன்களுக்குப் பின்னால் உள்ள வேதியியல் அடிப்படைகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், நமது அன்றாட வாழ்வின் பல அம்சங்களுக்கு ஆற்றலளிக்கும் தொழில்நுட்பத்தை நாம் இன்னும் சிறப்பாகப் பாராட்ட முடியும்.