1. Legătura chimică

Acasă » Curent continuu » 11 - Baterii şi surse de alimentare

Scop

Până în acest moment nu am discutat în detaliu modul de funcţionare al bateriilor, ci am presupus pur şi simplu că acestea produc o tensiune constantă la bornele lor printr-un proces „misterios”. În cele ce urmează vom explora procesul în mare urmând să facem nişte precizări cu privire la utilizarea reală a bateriilor în sistemele electrice.

Principii de bază

Am discutat în primul capitol despre conceptul de atom. Atomii sunt compuşi din părţi mai mici denumite particule. Particulele elementare dintr-un atom sunt electronii, protonii şi neutronii. Fiecare dintre aceste particule joacă rolul ei în comportamentul atomului. Activitatea electrică implică mişcarea electronilor, iar identitatea chimică (ce determină în mare tipul de material: coductor/izolator) este determinată de numărul protonilor din nucleu.

Dislocarea protonilor din nucleul atomului este foarte greu de realizat, de aici şi stabilitatea identităţii chimice a atomilor în general. Îndepărtarea electronilor, în schimb, este mult mai uşor de realizat. După cum am văzut, frecarea este unul dintre procedeele prin care electronii pot fi „mutaţi” de pe un material pe altul, la fel este şi căldura, procedeu evidenţiat în cazul termocuplei.

Legătura covalentă

Electronii pot servi însă şi unui alt scop: legarea atomilor între ei. Această legare a atomilor prin intermediul electronilor poartă numele de legătură chimică. O reprezentare simplificată a unei asemenea legături dintre doi atomi este cea alăturată.

Există mai multe tipuri de legături chimice, cea de sus fiind o legătură covalentă, caracterizată prin împărţirea electronilor de către atomi. Deoarece aceste legături sunt bazate pe legături formate de electroni, ele nu pot fi mai puternice decât gradul de imobilitate al electronilor constituenţi. Ceea ce vrem să spunem este că aceste legături chimice pot fi create sau desfăcute de aceleaşi forţe ce induc deplasarea electronilor: căldura, lumina, frecarea, etc.

Formarea moleculelor

Atunci când atomii sunt legaţi între ei prin legături chimice, aceştia formează materiale cu proprietăţi unice numite molecule. Desenul de mai sus, cu doi atomi de acelaşi tip legaţi, este un exemplu de moleculă simplă. Majoritatea moleculelor sunt formate însă din tipuri diferite de atomi. Chiar şi moleculele formate din atomi de acelaşi tip pot prezenta proprietăţi fizice radical diferite.

Legătura ionică

Însă, pentru studierea bateriilor, trebuie să introducem un alt tip de legătură chimică, cea ionică. Aceasta diferă faţă de legătura covalentă prin faptul că un atom al moleculei posedă un exces de electroni iar celălalt atom posedă un deficit de electroni; în acest caz, legătura dintre atomi este rezultatul atracţiei electrostatice dintre cele două sarcini diferite („+” şi „-”). Atunci când legăturile ionice iau naştere din atomi neutrii, există de fapt un transfer de electroni între atomii pozitivi şi negativi din punct de vedere electric. Este bine de ştiut faptul că moleculele conţin de obicei ambele tipuri de legături chimice. Hidroxidul de sodiu (NaOH) este format dintr-o legătură ionică dintre atomul de sodiu (pozitiv) şi ionul hidroxil (negativ). Ionul hidroxil formează o legătură covalentă (simbolizată prin bară) între hidrogen şi atomii de oxigen:

Sodiul pierde doar un electron, sarcina lui fiind +1 în exemplul de mai sus. Dacă un atom pierde mai mult de un electron, sarcina rezultată poate fi desemnată prin +2, +3, +4, etc. sau printr-o cifră romană în paranteze ce desemnează starea sa de oxidare (pierderea electronilor), astfel: (I), (II), (IV), etc. Unii atomi pot avea mai multe stări de oxidare, şi este bine să precizăm starea de oxidare în formula moleculară pentru evitarea confuziilor.