Derişim Pilleri

Derişim Farkından Elektrik Üreten Piller

Galvanik hücrelerde kapların her ikisinde de aynı elektrotlar ve aynı çözeltiler olduğunda çözelti derişimleri eşit ie bir tepkime olmaz.

Ancak çözeltilerin derişimleri farklı olursa derişim farkı ile çalışan bir galvanik hücre olur. Burada sistem iki kaptaki derişimleri de eşitlemeye çalışarak elektrik üretir.

Derişimi az olan çözelti anot, derişimi çok olan çözelti anot olur.
Derişimi az olan çözeltiye batırılmış elektron, çözelti derişimini azaltmak için yükseltgenir ve katyon halinde çözeltiye geçer. Zamanla çözeltideki katyon derişimi artar.
Burada açığa çıkan elektronlar iletken tel yardımıyla katot çözeltisine iletilir. Buradaki katyonlar da bu elektronlarla indirgenir ve zamanla çözeltideki katyon derişimi azalır.

Aktiflik farkıyla çalışan pillerde olduğu gibi, yük dengesini sağlamak için tuz köprüsündeki tuzun anyonları anot yarı hücresine, katyonları katot yarı hücresie akar.

Çözeltiler 1 er M olduğunda,

Anot: \(\ce{Cu(k) -> Cu^{2+}(aq) + 2e-};\quad E\degree = -0,34V\)
Katot: \(\ce{Cu^{2+}(aq) + 2e- -> Cu(k)};\quad E\degree = +0,34V\)

\(\ce{Cu(k) + Cu^{2+}(aq) <=> Cu^{2+}(aq) + Cu(k)};\quad E\degree = +0,00V\)

Standart gerilim 0,00V olduğundan pil çalışmaz.

Nernst eşitliğinden yararlanarak yukarıdaki pili potansiyelini hesaplayalım. Anot derişimi 0,1 ve katot derişimi 1M olursa;

\[E_{pil} = E\degree^{pil} - \frac{0,06}{n}.logQ_c \]

\[E_{pil} = 0,00 - \frac{0,06}{2}.log\frac{0,1}{1} \]

\(E_{pil} = 0,00 + 0,03 = +0,03V\) olur.

Sadece derişim farkı ile çalışan galvanik hücreler, kaplardaki derişimler birbirine eşit olana kadar çalışır. Derişimler eşitlendiğinde de potansiyel sıfır olur ve pil çalışmaz duruma gelir.

Bu tür pillerde derişim farkını artıran tüm etkiler pil gerilimini artırırken, derişim farkını azaltan tüm etkiler pil gerilimini azaltır.

Kimyasallardan Elektrik Üretimi

Galvanik hücreler aktiflik farkı ya da derişim farkı ile elektrik akımı üreten sistemlerdir.

Sıcaklık ve derişim sabit kalmak şartıyla galvanik hücrenin hacmi, elektrotların büyüklükleri ve yüzey alanları alanları pil potansiyelini etkilemez.
Galvanik hücre hacim olarak büyüdükçe pilin voltajı değişmez fakat ömrü uzar.
Elektrolitlerin derişimleri ve elektrotların büyüklüğü arttıkça pilin ömrü uzar. Örneğin 1,5V luk farklı büyüklüklerdeki pillerin voltajları aynı olmasına rağmen ömürleri farklıdır.
Elektrok büyüklüğü fazla olan pilin ömrü daha uzundur.
Galvanik hücreler başlangıçta en yüksek potansiyele sahiptir. Pil çalıştıkça anot derişimi artar, katot derişimi azalır.Bu durumda pil potansiyeli zamanla azalır.

Pillerin Ömrünü Etkileyen Faktörler

Pillerin ömrü ay veya yıl yerine "çevrim ömrü" olarak ifade edilir. Bir şarj (dolum) ve bunu takiben yapılacak bir deşarj (boşaltma) işleminin karşılığına bir çevrim denilmektedir.

Şarj edilebilir pillerde 500-1500 çevrime ve daha fazlasına ulaşılabilmektedir.
Şarj-deşarj döngüsü sağlanmadan sürekli şarj edilmesi pillerin yıpranmasına neden olur.
Sıcaklık artışı kimyasal tepkimeleri hızlandırırken istenmeyen reaksiyonların oluşmasına neden olur. Bu nedenle sıcaklık artışı pillerde şarj kaybı hızını azaltır.
Sıcaklık çok düştüğünde tepkime yavaşlar, düzgün gerçekleşemez ve pil cihaz için gereken voltajı üretemez ve cihaz pil uyarısı verir/kapanır.
Uzun süre şarj edilmeyen pil, zamanla "derin boşalma" durumuna ulaşarak artık şarj edilemez duruma gelir ve ömrünü tamamlar.

Pillerin daha uzun süre verimli bir şekilde kullanılabilmesi için aşağıdaki uyarılara dikkat edilmelidir.

Öngörülen voltaj değerinin üzerindeki akımlar çekilmemelidir.
Kısa devrelere maruz bırakılmamalıdır.
Ani ve aşırı voltajla yüklenmemelidir.
Çok düşük veya yüksek sıcaklıklarda kullanılmamalıdır.
Üreticisi tarafından tavsiye edilen şarj cihazları ile şarj edilmelidir (Veya aynı voltaj ve ampere sahip farklı şarj cihazları)
Darbelere, şoklara ve titreşime maruz bırakılmamalıdır.
Uzun süre şarjda tutulmamalıdır.

Atık piller, içlerindeki kimyasallar nedeniyle özel geri dönüşüm işlemine tabi tutulmalıdır. Evsel atıklarla beraber çöpe değil, piller için oluşturulmuş geri dönüşüm kutularına atılmalıdır.

Lityum-İyon Pilleri

Standart yükseltgenme potansiyeli en büyük olan lityumun, anot yarı hücresinde kullanıldığı bu piller 3,6V'a kadar gerilim üretebilir.

Elektrolit olarak çözelti yerine elektriği iletebilen polimer yapıda katı bir madde kullanır. Bu polimer madde, iyon geçişine izin verirken elektron geçişini engeller.

Lityum iyon pillerinde lityum anot, \(TiS_2\) (Titanyum (IV) sülfür) katot olarak kullanılır.

Lityum iyon pilinde anot ve katotta gerçekleşen tepkimeler aşağıdaki gibidir.

Anot: \(Li -> Li^+ + e-\)
Katot: \(TiS_2 + e- -> TiS_2^-\)

Pil tepkimesi: \(Li + TiS_2 <=> TiS_2^- + Li^+\)

Lityum iyon pillerinin bu özelliklerinden başka kullanım avantajları şunlardır:

Tekrar şarj edilerek defalarca kullanılabilir.
Karbondioksit salınımı çok az olduğundna ve toksik madde içermediğinden çevreye verdiği zarar azdır.
Kütlesinin küçük, ürettiği enerji miktarının fazla olmasından dolayı dizüstü bilgisayar, tablet ve cep telefonu gibi elektronik eşyalarda yaygın olarak kullanılır.

Questions

n=1 değil, n=2 olmalı. Çünkü denklemde Mg iki elektron veriyor.
Cevap 0,03 olmalı.

Derişimin az olduğu kısımdaki Cr katısı yükseltgenir ve iyonu derişimi yükseltmek için çözeltiye karışır. Elektronlar ise diğer kaba hareket eder. Bu kısım anottur.

Benzerini çöz.

X çözeltideki Y'den pasif olduğu için tepkimeye girmez, sadece elektriği iletir.

Gümüş sadece elektriği iletir.

İkinci yarı hücredeki elektrodun kütlesi 3,2 gram artıyorsa, ikinci yarı hücredeki 0,05 mol bakırın katıya dönüştüğü ve derişimde 0,05 molar azalma olduğu ve derişimin 0,15 molara düştüğü anlaşılır.
Pil gerilimi 0 volt olduğunda derişim eşit olduğundan ilk kapta da 0,15 molar bakır vardır.
İkinci kapta 0,05 mol ve 0,05 molarlık bir azalma olurken, ikinci kapta 0,05 molarlık bir artma olmuştur.
Yani ikinci kapta başlangıçta 0,1 molar \(Cu^{2+}\) çözeltisi vardır.

Bu yanlış bir çözüm.