A N I R A T U K

A N Č I R A T U K M A I E J T L U E R OS T S ČN E T BY: VLADIMIR JEVTIĆ, NIKOLA LAZOVIĆ

ELEKTROLITICKA DISOCIJA Tečnosti koje proizvode električnu struju nazivaju se elektroliti. To su vodeni rastvori kiselina, baza ili soli. U vodenom rastvoru neutralni molekuli kiselina, baza ili soli razlažu se na dva dela, od kojih jedan pretstavlja pozitivan , a drugi negativan jon. Taj proces razlaganja molekula na jone, koji se dešava u elektrolitima, naziva se elektrolitička disocija. Disocija je povratan proces jer u rastvoru dolazi do spajanja suprotno naelektrisanih jona, i obrazovanja neutralnih molekula.

Razlaganje molekula soli, baze ili kiseline izazvano je delovanjem molekula vode. Može se objasniti na primeru rastvora Na. Cl (kuhinjske soli). Molekul Na. Cl je polarni molekul, izgradjen on pozitivnog jona Na i negativnog jona Cl, vezanih jakom elektrostatičkom silom, a i molekuli vode su takodje polarni. U rastvoru molekuli vode okružuju molekul soli i deluju privlačnim silama na jone Na i Cl. Stoga znatno slabi sila kojom se privlače joni Na+ i Cl-, pa je kinetička energija toplotnog kretanja dovoljna da se kod nekih molekula raskine veza izmedju jona. Svaki od jona ostaje okružen molekulima vode i takav jedan sistem zove se solvat (solvatni jon) – on se kreće kroz rastvor kao jedna celina. Pri toplotnom kretanju dešavaju se sudari izmedju pozitivnih i negativnih jona pri kojima ponovo nastaju molekuli Na. Cl – taj proces se zove rekombinacija.

Koeficijent disocijacije zavisi od hemijskog sastava rastvorene supstancije, koncentracije rastvora i temperature. U različitim molekulima različiti su intenziteti električne sile kojom se privlače joni, pa se negde lakše a negde teže raskidaju veze. Pri većim koncentracijama veći je broj sudara između jona, pa se povećava broj rekombinacija. Kada je viša temperatura veće su kinetičke energije toplotnog kretanja molekula i kida se veza izmedju jona – dakle, koeficijent disocijacije je veći kada je temperatura rastvora veća.

BATERIJE Baterija je elektrohemijski uređaj u kome je uskladištena hemijska energija (u vidu potencijalne energije), koja se može pretvoriti u elektrčnu energiju kada se krajevi baterije, elektrode, spoje provodnikom. Baterije spadaju u takozvane primarne izvore električne energije jer pretvaraju hemijsku energiju u električnu i nemogu se puniti (proces nije reverzibilan). Za razliku od baterija akumulator spada u sekundarne elektro-hemijske izvore (reverzibline) električne energije i mogu više puta pretvarati hemijsku u električnu energiju i obrnuto (mogu se puniti i prazniti).

Baterije proizvode elektrone unutar svojih “spremnika” kako bi obezbedile energiju i pokrenule mnoge različite tipove električnih uređaja. Zbog toga što je protok elektrona kroz uređaj bitan za njegov rad, baterija mora da proizvede naizgled beskonačnu količinu elektrona kako bi dati uređaj snabdeli energijom. Unutar samog ‘’spremnika’’ baterije, koji obično ima izgled metalne kapsule cinlindričnog oblika, nalaze se razne hemikalije. Ove hemikalije reaguju jedna sa drugom i kroz proces koji je poznat kao elektrohemijska reakcija, one oslobađaju elektrone u spoljašnji prostor.

Baterija se sastoji od tri različite komponente. Pre svega, svaka baterija mora da ima pozitivan i negativan kraj. To ne znači da je svaki kraj (terminal) napunjen na određeni način, već to samo znači da prilikom izlaza elektrona, svako potencijalno punjenje drugog terminala je slabije od onog koji izbacuje elektrone. Ova dva terminala čine zatvoren krug. Ako povežete žicu između negativnog i pozitivnog terminala, elektroni izlaze iz negativnog dela i vrćaju se u bateriju kroz pozitivan terminal. Na ovaj način baterija ostaje u dobrom stanju prilično dugo.

Kada stavimo bateriju u uređaj poput daljinskog upravljača, svakim pritiskom na dugme daljinskog upravljača struja izlazi iz baterije kroz negativni terminal. Elektroni se kreću kroz daljinski upravljač i njihova energija služi za korišćenje dugmeta. Potom, kada elektroni završe svoj posao, oni se propuštaju kroz drugu žicu i vraćaju u bateriju kroz pozitivan terminal. Zbog toga što elektroni i materija ne mogu tek tako da nestanu, zatvaranje kruga je neophodno kako bi sprečili nagomilavanje elektrona unutar uredjaja. Vrste baterija: -"obična" baterija (ugljenik – cink), -alkalna baterija, -živina baterija, -srebrna (srebro-oksidna) baterija, -litijeva baterija.

FARADEJEVI ZAKONI ELEKTROLIZE Izucavajuci eksperimentalno elektrolizu, engleski fizicar Majkl Faradej jeustanovio dva zakona elektrolize. Kasnije su oni dokazani i teorijski. m=kq Faradejev zakon prestavlja vezu izmedju mase supstancije(m) izdvojene pri elektrolizi i kolicine elektriciteta(q)koja protekne kroz elektrolit.

PRVI FARADEJEV ZAKON Prvi Faradejev zakon glasi -Masa supstancije koja se izdvoji pri elektrolizi srazmerna je kolicini elektriciteta koja protekne kroz elektrolit. K prestavlja koeficijent proporcionalnosti koji se zove elektrohemijski ekvivalent koji je brojno jednak masi te supstancije koja se izdvoji na elektrodi , kada kroz rastvor protekne kolicina elektriciteta od 1 C. Elektrohemijski ekvivalent zavisi od vrste supstancije i njene valence. Faradej je ustanovio da masa izdvojene supstancije ne zavisi od oblika i velicine elektroda, njihovog medjusobnog rastojanja i temperature elektrolita. Ako kroz elektrolit protice elektricna struja stalne jacine, onda sekolicina elektriciteta moze zamijeniti sa m=k. It.

DRUGI FARADEJEV ZAKON Drugi Faradejev zakon - je zakon koji prestavlja vezu izmedju elektrohemijskog ekvivalenta jedne supstancije i njenog hemijskog ekvivalenta koji prestavlja odnos M/z gdje je M molarna masa, a z valenca posmatrane supstancije. Drugi Faradejev zakon glasi - Elektrohemijski ekvivalent svake supstancije srazmeran je njenom hemijskom ekvivalentu. Koeficijent proporcionalnosti 1/F je univerzalna konstanta jer je jednaka za sve supstancije. Faradej je eksperimentalno dokazao da ona iznosi F=96500 C/mol , pa je u njegovu cast nazvana Faradejeva konstanta. Naelektrisanje svakog jona je q= z * e , gdje je z valenca jona.

POLUPROVODNICI Poluprovodnik je materijal koji ima neka svojstva provodnika , i svojstva izolatora. U zavisnosti od uslova u kojima se nalazi kao i od primesa tj. nečistoća u njemu, mogu preovladati svojstva provodnika odnosno izolatora. Veličina koja karakteriše poluprovodne materijale je energetski procep. Energetski procep je razlika između valentnog i provodnog nivoa atoma koji sačinjavaju poluprovodni materijal i predstavlja energiju potrebnu da elektron iz valentnog nivoa pređe u provodni nivo, tj. da napusti matični atom. Jedinica koja se u praksi koristi za karakterizaciju energetskog procepa je elektronvolt (e. V).

Na niskim temperaturama elektroni u valentnom nivou nemaju dovoljnu energiju da savladaju energetski procep tako da su svi vezani za atome pa se tada čist poluprovodnik ponaša kao izolator. Međutim već na sobnoj temperaturi jedan deo elektrona na valentnom nivou ima dovoljnu energiju da savlada energetski procep i pređe na provodni nivo tj. da napusti matični atom. Kada elektron napusti atom na njegovom mestu ostaje upražnjeno mesto koje nazivamo šupljina a ceo atom predstavlja pozitivan jon. Elektroni su, kao što je poznato, negativna nalektrisanja pa njih zovemo negativnim nosiocima naeletrisanja, dok su šupljine mesta na kojima se zapravo nalazi pozitivan jon pa njih nazivamo pozitivnim nosiocima naelektrisanja. Koncentraciju pozitivnih nosilaca označićemo latiničnim slovom p a koncentraciju negativnih nosilaca sa latiničnim slovom n. Kod čistog poluprovodnika svaki slobodan elekton ostavlja za sobom šupljinu tako da je kod čistih poluprovodnika p = n koncentracija slobodnih elektrona jednaka koncentraciji šupljina.

Poluprovodnik n-tipa - Kod poluprovodnika n-tipa dodate su donorske primese. Donorska primesa ima elektron viška koji ne učestvuje u vezama sa okolnim atomima pa stvara višak negativnih naelektrisanja u poluprovodniku. Kod poluprovodnika n-tipa elektroni predstavljaju tzv. većinske nosioce naelektrisanja a šupljine manjinske nosioce. Poluprovodnik p-tipa - Kod poluprovodnika p-tipa dodate su akceptorske primese. Akceptorska primesa ima manjak elektrona tako da ona generiše šupljinu i na taj način se stvara višak šupljina tj. pozitivnih naelektrisanja u poluprovodniku. Kod poluprovodnika p-tipa šupljine predstavljaju većinske nosioce naelektrisanja a elektroni manjinske nosioce. Kada imamo poluprovodnike p i n tipa njihovim spajanjem dobija se PN spoj i na taj način se dobija dioda. Najznačajniji predstavnici poluprovodnih materijala su silicijum (Si), germanijum (Ge) i galijum-arsenid (Ga. As).