Мы каждый день сталкиваемся с батарейками в быту. Это изобретение позволило человечеству хранить, перемещать и использовать энергию тогда, когда необходимо. Батарейка представляет собой гальванический элемент, или химический источник электрического тока.
Принцип работы батарейки основывается на взаимодействии двух металлов или их оксидов в электролите, то есть веществе, которое проводит электрический ток. Один из металлов — положительный электрод, катод или окислитель, который принимает электроны, а другой — отрицательный электрод, анод или восстановитель, который «отдает» электроны. В качестве второго металла в батарейках обычно выступают растворы солей, щелочей и кислот.
Между двумя металлами в батарейке устанавливается разность потенциалов, они пространственно разделяются в батарейке, а при подключении ее к внешней замкнутой цепи, например, фонарику, вступают в химическую реакцию. Таким образом взаимодействие катода и анода с электролитом и приводит к возникновению электрического тока в замкнутой цепи.
Самыми распространенными являются марганцево-цинковые батарейки, изобретенные в 1865 году. В них электролитом служит хлорид аммония (нашатырь), анодом выступает цинк (цинковый стакан, источник отрицательных электродов), а катодом — диоксид марганца. В устройстве такой батарейки есть также угольный (графитовый) стержень, выступающий в качестве положительного электрода.
Когда цинк в такой батарейке начинает взаимодействовать со щелочной средой, цинковый корпус растворяется в щелочи. После реакции окисления цинка образуется цинкат. Когда электролит, а в данном случае нашатырь, насыщается цинкатом, происходит реакция разложения на оксид цинка и воду. После реакции вблизи цинкового стакана в батарейке возникает избыток отрицательных электронов. В электролите в результате движения ионов наступает равновесие, поэтому небольшого количества электролитной жидкости хватает, чтобы батарейка работала и создавала электрический ток.
