مقدمة

بطارية الزنك-كربون من البطاريات البسيطة ، وهي تختلف عن مركم المركم في كونها لا يمكن إعادة شحنها . تعددت استخدامات تلك البطارية حتى نهاية السبعينيات من القرن الماضي في مختلف الأحجام وكان لها معدل للتفريغ الذاتي ليس بقليل ، ثم استبدلت ببطاريات اخرى مرتفعة القدرة ، مثل بطارية قلوي-منجنيز .



يبلغ جهد بطارية الزنك-كربون نحو 1.5 فولط . وعن طريق توصيل عدة بطاريات منها على التوالي (سالب موجب- سالب موجب وهكذا مثلما في بطارية الجيب ) يمكن زيادة الجهد الكلي للمجموعة . ويوجد منها أنواع ذات جهد 4.5 فولط (مكونة من ثلاث بطاريات في علبة واحدة) ونوع آخر يعطي جهدا قدره 6 فولط (مكونة من 4 بطاريات في علبة واحدة ، لأن الخلية الواحدة من البطارية تعطي 1.5 فولط فقط طبقا لخواص المادتين المستخدمتين لتشغيلها وهما الزنك و المنجنيز ).

تركيبها

Zink-Braunstein-Zelle.png 270 قطاع في بطارية زنك-كربون.



تتكون بطارية الزنك والكربون من علبة من الزنك (تمثل القطب السالب) ومسحوق ثاني أكسيد المنجنيز (كقطب موجب) وهو يحوي عمودا مركزيا من الكربون المضغوط (أو الجرافيت ) ، يغطي عمود الكربون غطاء معدنيا لتحسيت توصيل تيار كهربائي التيار . يستخدم كهرل مكون من محلول كلوريد الأمونيوم بتركيز 20 . يتم استخدام البطارية كمصدر للكهرباء عن طريق توصيل الجهاز المستهلك (مثل بطارية جيب) بقطبي البطارية .



تستهلك علبة الزنك المحيطة بالكهرل وتتآكل بتشغيل البطارية (القطب السالب). ويغطى عمود الكربون (القطب الموجب) غطاء معدنيا لتحسين توصيل الكهرباء . Stiftung Warentest - test.de, 02/ < >Batterie n So entsteht der Strom für unterwegs, mehrfarbiges Schnittbild zum Vergleich von „Zink-Kohle-Batterie“ Zink-Braunstein-Zelle und Alkali-Mangan-Batterie, aufgerufen 7. August التفاعل الكيميائي المنتج للكهرباء يتم بين الزنك وأكسيد المنجنيز .

مشكلاتها

W pile zinc carbone etats de corrosion 300 تآكل الزنك في بطارية الزنك-كربون.




كانت بطاريات الزنك-كربون معرضة لتسرب محلول كهرل الكهرل منها ، فكان ذلك يفسد الجهاز الكهربائي الذي يستخدمها . لهذا اذا استخدمت تلك البطاريات فمن المستحسن اخراج البطارية من الجهاز في أوقات عدم استخدامه .



ينخفض الجهد الابتدائي للبطارية سريعا فهي لا تصلح للاستخدام المستمر عند القدرات العالية . كما أن التفريغ الذاتي لتلك البطارية مرتفع مما يحتاج إلى عدة بطاريات احتياطية مخزونة منها .



التفاعلات

القطب السالب (المصعد)

mathrm Zn
ightarrow Zn^ 2+ + 2e^-

تذهب بعض أيونات الزنك إلى محلول الكهرل ويبقى إلكترون إلكترونان (عن كل ذرة زنك ) على قطب المصعد ، وينشأ على المصعد جهدا قدره [ −1.04 فولط ] .



(ملحوظة سنرى أن القطب الآخر (المهبط) سيكون ذو شحنة موجبة مما يجعل الإلكترونات المتولدة على المصعد تتوجه خلال التوصيلة الخارجية (جهاز راديو مثلا) إلى المصعد ، وبذلك تتم الدورة الكهربائية . ونقول دورة لأن في داخل البطارية تسير الأيونات بين القطبين في الاتجاه العكسي ، فتكتمل الدورة).

القطب الموجب ( المهبط أو الكاثود)

mathrm 2MnO_2 + 2H_2O + 2e^-
ightarrow 2MnO(OH) + 2OH^-

يأخذ ثاني اكسيد المنجنيز MnO_2
إلكترونين ويتفاعل مع الماء إلى هيدروكسيد أكسيد المنجنيز


MnO(OH)
تاركا أيونات هيدروكسيد حرة. ينشأ على المهبط جهدا كهربائيا موجبا مقداره [ + 5و0 فولط]








يتكون الماء والأمونيا في كهرل كلوريد الأمونيوم

mathrm 2NH_4^+ + 2OH^-
ightarrow 2NH_3 + 2H_2O

ما ينشأ من جزيئات الأمونيا يرتبط بأيونات الزنك

mathrm Zn^ 2+ + 2NH_3
ightarrow [Zn(NH_3)_2]^ 2+

ويتفاعل هذا المركب مع أيونات الكلور الناشئة من كلوريد الأمونيوم

mathrm [Zn(NH_3)_2]^ 2+ + 2Cl^-
ightarrow [Zn(NH_3)_2]Cl_2

المعادلة الكيميائية الكلية

mathrm Zn + 2MnO_2 + 2NH_4Cl
ightarrow 2MnO(OH) + [Zn(NH_3)_2]Cl_2

بذلك تكون قوة دافعة كهربائية القوة الدافعة الكهربائية المتكونة نحو 5و1 فولط . وتكون القوة الدافعة الكهربائية لخلية الزنك-كربون تقريبية بسبب تأثير التفاعلات الجانبية ، في حين أن تفاعل الزنك يولد جهدا دقيق المقدار .



ورغم أن الكربون عنصر أساسي في تركيب البطارية إلا أنه لا يدخل في التفاعلات الكيميائية كما رئينا ، ووظيفته هو تجميع الإلكترونات (التيار) وخفض مقاومة مخلوط ثاني أكسيد المنجنيز . فمن الأصح أن تسمى تلك البطارية بطارية زنك - منجنيز .



وتعتبر هذا البطارية بطارية أولية حيث لا يمكن اعادة شحنها .



Image Zncells.png 270 بطاريات زنك-كربون مختلفة الأحجام.



بطارية الزنك والكربون أو البطارية الجافة هي عبارة عن خلية جلفانية تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائيه ، وبالتالي هي مصدر للتيار الكهربائي . تستخدم في أدوات معهودة كثيرة مثل بطاريات الجيب والساعات والأجهزة الإلكترونية مثل الراديو .