Kaj je Daniellova celica?

Daniellova celica je nekakšna bakreno-cinkova baterija, ki uporablja porozno pregrado med obema kovinama. Leta 1836 ga je izumil britanski kemik John Frederic Daniell. Nekoč široko uporabljen v evropski telegrafski industriji, so ga v poznem 19. stoletju izpodrinili sodobnejši modeli baterij. Danes se uporablja predvsem v razredu za prikaz delovanja baterij.

Italijanski znanstvenik Alessandro Volta je izumil baterijo leta 1800. Njegova zasnova je uporabila steber izmeničnih cinkovih in bakrenih diskov, med vsakim kosom kovine pa so bili nasičeni s slanico kosi kartona. Ta voltaični kup je bil uporabljen v številnih električnih poskusih, vendar z manj kot eno uro življenjske dobe baterije ni imel prave industrijske uporabe. Daniell je spremenil Voltino zasnovo, da bi ustvaril baterijo z daljšo življenjsko dobo, kar je omogočilo njeno praktično uporabo.

Princip Daniellove baterije in Voltine baterije je enak. Tekoča raztopina, imenovana elektrolit – v Voltini zasnovi, slanica med kovinskimi ploščami – začne raztapljati cink in baker v pozitivno nabite ione. Ko ioni zapustijo kovino, ostanejo prosti elektroni. Cink se raztopi hitreje kot baker, kar pomeni, da cink kmalu vsebuje več elektronov. Če dva kosa kovine povežemo z žico, bodo elektroni migrirali skozi žico od cinka do bakra in ustvarili električni tok.

Če se cink in baker raztopita v istem elektrolitu, kot v Voltaičnem kupu, bosta dva procesa skrajšala življenjsko dobo baterije. Če je shranjen brez črpanja električne energije, bodo bakrovi ioni v elektrolitu potegnjeni na negativno nabit cinkov terminal. Ti ioni se bodo nato združili z elektroni v cinku in nevtralizirali njegov naboj. Sčasoma ne bo več cinka za raztapljanje. Ta proces je znan kot redukcija.

Drugi proces ubijanja baterije se pojavi pri črpanju električne energije. Cinkovi ioni potisnejo vodik v elektrolitu do bakra, kjer se vodik kopiči na površini in sčasoma ustavi pretok električne energije. Ta proces je znan kot polarizacija. Daniellova celica je bila zasnovana kot odgovor na dvojni problem redukcije in polarizacije cinka. Te težave rešuje z izolacijo cinka in bakra v ločenih elektrolitih.

Za izdelavo Daniellove celice lahko neglazirano lončeno posodo napolnimo z žveplovo kislino in vanjo potopimo kos cinka. Posodo lahko nato postavite v bakreno pločevinko, ki je bila napolnjena z bakrovim sulfatom. Lončena pregrada zadržuje cink in baker na nasprotnih straneh; to preprečuje, da bi cinkovi ioni pošiljali vodik bakru, kar preprečuje polarizacijo. Prav tako ohranja bakrove ione stran od cinka in preprečuje zmanjšanje cinka. Daniell je svojo celico označil za stalno baterijo, ker preprečuje polarizacijo.
Pore ​​v pregradi omogočajo, da pozitivno nabiti sulfatni ioni potujejo z bakrene strani na stran cinka. To uravnoteži tok elektronov od cinka do bakra, ko je vezje končano. Količina električnega potenciala, ki ga proizvede Daniellova celica, je bila imenovana volt. Vrednost sodobnega volta je nekoliko drugačna; Daniellova celica proizvede približno 1.1 današnjih voltov in ima notranji upor približno 2 ohma.