Mikä on Daniell Cell?

Daniell-kenno on eräänlainen kupari-sinkki-akku, jossa on huokoinen este kahden metallin välillä. Sen keksi vuonna 1836 brittiläinen kemisti John Frederic Daniell. Kun sitä käytettiin laajalti Euroopan lennätusteollisuudessa, se korvattiin 19 -luvun lopulla nykyaikaisemmilla akkumalleilla. Nykyään sitä käytetään pääasiassa luokkahuoneessa paristojen toiminnan esittelyyn.

Italialainen tiedemies Alessandro Volta keksi akun vuonna 1800. Hänen suunnittelussaan käytettiin kolonnia, jossa oli vuorotellen sinkki- ja kuparilevyjä, ja jokaisen metallikappaleen väliin oli pinottu suolavedellä kyllästettyjä pahvikappaleita. Tätä Voltaic -paalua käytettiin monissa sähkökokeissa, mutta sillä oli alle tunnin akunkesto, eikä sillä ollut todellisia teollisia sovelluksia. Daniell muutti Voltan muotoilua luodakseen pidemmän käyttöiän sisältävän akun, jolloin sitä voitaisiin käyttää käytännössä.

Daniellin ja Voltan akun periaate on sama. Nestemäinen liuotin, jota kutsutaan elektrolyytiksi-Voltan suunnittelussa metallilevyjen välinen suolavesi-alkaa liuottaa sinkkiä ja kuparia positiivisesti varautuneiksi ioneiksi. Kun ionit poistuvat metallista, vapaat elektronit jäävät taakse. Sinkki liukenee nopeammin kuin kupari, mikä tarkoittaa, että sinkki sisältää pian enemmän elektroneja. Jos kaksi metallipalaa yhdistetään langalla, elektronit kulkeutuvat langan läpi sinkistä kupariin muodostaen sähkövirran.

Jos sinkki ja kupari liukenevat samaan elektrolyyttiin, kuten Voltaic -paalussa, kaksi prosessia lyhentää akun käyttöikää. Jos sitä varastoidaan ilman sähköä, elektrolyytin kupari-ionit vedetään negatiivisesti varautuneeseen sinkkiliittimeen. Nämä ionit kytkeytyvät sitten sinkissä olevien elektronien kanssa neutraloiden sen varausta. Lopulta sinkkiä ei ole enää saatavilla liuottamista varten. Tämä prosessi tunnetaan pelkistyksenä.

Toinen akun tappamisprosessi tapahtuu, kun sähköä vedetään. Sinkki -ionit työntävät elektrolyytin vetyä kupariin, jossa vety kerääntyy pinnalle ja lopulta pysäyttää sähkön virtauksen. Tätä prosessia kutsutaan polarisaatioksi. Daniell -kenno on suunniteltu vastaamaan kaksinkertaisiin ongelmiin, kuten sinkin vähentämiseen ja polarisaatioon. Se ratkaisee nämä ongelmat eristämällä sinkki ja kupari erillisiin elektrolyytteihin.

Daniell -kennon valmistamiseksi lasittamaton saviastia voidaan täyttää rikkihapolla ja upottaa siihen sinkkiä. Säiliö voidaan sitten sijoittaa kuparisäiliöön, joka on täytetty kuparisulfaatilla. Savitavara pitää sinkkiä ja kuparia vastakkaisilla puolilla; tämä estää sinkki -ioneja lähettämästä vetyä kupariin estäen polarisaation. Se myös pitää kupari -ionit poissa sinkistä ja estää sinkin pelkistymisen. Daniell viittasi kennoonsa jatkuvana paristona, koska se estää polarisaation.
Esteen huokoset sallivat positiivisesti varautuneiden sulfaatti-ionien kulkea kuparipuolelta sinkkipuolelle. Tämä tasapainottaa elektronien virtauksen sinkistä kupariin, kun piiri on valmis. Daniell -kennon tuottaman sähköpotentiaalin määrä nimettiin voltiksi. Nykyaikaisen voltin arvo on hieman erilainen; Daniell -kenno tuottaa noin 1.1 nykypäivän volttia ja sen sisäinen vastus on noin 2 ohmia.