Enkolagana z’amasannyalaze zibeerawo ddi?

Enzirukanya z’obusannyalazo zibaawo ng’amasoboza ga kemiko gakyuse ne gafuuka amasoboza ag’amasannyalaze oba vice versa okuyita mu kutambuza obusannyalazo ku nsengekera wakati w’obusannyalazo n’obusannyalazo. Enzirukanya zino zibeerawo mu nsengekera yonna ng’amasannyalaze gavuga enkyukakyuka ya kemiko oba ensengekera z’eddagala mwe zikola amasannyalaze.

Electrochemical Reactions

Enkola z’amasannyalaze zeetaaga ebintu bisatu ebikulu ebikolagana. Kondakita wa obusannyalazo akola nga obusannyalazo (electrode) awali ensengekera (reactions) ku ngulu. Kondakita wa ayoni-mu ngeri entuufu ekisengejjo ky’obusannyalazo ekirimu ayoni ezisaanuuse-kisobozesa chajingi okukulukuta wakati w’obusannyalazo. Enkulungo enzijuvu egatta ebitundu bino, ne kisobozesa obusannyalazo okutambula okuyita mu kkubo ery’ebweru.

Enzirukanya ebaawo naddala ku nsengekera y’obusannyalazo-obusannyalazo, mu angstrom ntono zokka okuva ku ngulu kwa kondakita. Zooni eno enfunda ey’ensengekera eriwo kubanga obusannyalazo busigala nga butambula mu kondakita z’obusannyalazo zokka ng’ebyuma, ate ayoni zitambuza omusannyalazo okuyita mu busannyalazo.

Obutoffaali bwa galvanic bulaga ensengekera z’amasannyalaze ezibeerawo mu ngeri ey’okwekolako okukola amasannyalaze. Mu nsengekera zino, okuwunyiriza kubaawo ku anode ate okukendeeza kubaawo ku katodi. Enjawulo ya potensiya ya kemiko wakati w’ensengekera zino ebbiri ez’ekitundu-evuga obusannyalazo okuyita mu nkulungo ey’ebweru.

Okufuluma kwa bbaatule kwe kulaga ekyokulabirako ky’enkola eno ey’okwekolako. Bw’okozesa bbaatule za forklift, enzirukanya y’eddagala wakati w’ebintu ebikola obusannyalazo n’obusannyalazo bufulumya obusannyalazo obuwa mmotoka amaanyi. Enkyukakyuka za asidi w’omusulo-zikozesa ebipande bya lead dioxide ne sipongi omusulo ebinnyikiddwa mu asidi wa salufa, ng’ensengekera y’amasannyalaze ekyusa amasoboza g’eddagala agaterekeddwa mu maanyi g’amasannyalaze ageetaagisa okukola emirimu gy’okusitula.

Akasengejja ka Daniell kalaga bulungi omusingi ogwo. Ekyuma kya zinki kifuuka oxidize ku electrode emu, ne kisumulula obusannyalazo obukulukuta mu waya okukendeeza ku ayoni z’ekikomo ku electrode endala. Okutambula kuno okwa obusannyalazo kukola kasasiro w’amasannyalaze, nga kugenda mu maaso okutuusa ng’ebisengejja biweddewo oba ensengekera y’etuuka ku bbalansi.

Obutoffaali obusaanuusa amasannyalaze bukiikirira embeera eyawukana-ensengekera z’amasannyalaze ezitabaawo mu ngeri ya kyeyagalire naye nga zeetaaga vvulovumenti essiddwako okugenda mu maaso. Amasoboza g’amasannyalaze ag’ebweru gawaliriza enkyukakyuka za kemiko ezitali za kyeyagalire.

Okucaajinga bbaatule eddaamu okucaajinga kiraga omusingi guno. Bw’oyunga bbaatule ya asidi eya lead-ku chajingi, vvulovumenti essiddwako ekyusa enkola z’okufulumya. Lead sulfate akyuka n’adda mu lead dioxide ne sponge lead, ate sulphuric acid concentration yeeyongera mu electrolyte. Amasoboza g’amasannyalaze agayingizibwa gaddamu okuzimba obusobozi bw’eddagala oluvannyuma obujja amaanyi mu byuma byo.

Okusengejja amasannyalaze mu mazzi kuwa ekyokulabirako ekirala ekitegeerekeka obulungi. Okussa vvulovumenti emala okuyita mu busannyalazo obunnyikiddwa mu mazzi kwawula molekyo za H2O mu ggaasi za haidrojeni ne okisigyeni. Voltage eyeetaagisa erina okusukka enjawulo ya potential ya kemiko wakati w’ensengekera ya oxidation ne reduction half-.

Okusiba amasannyalaze mu makolero kwesigamye ku nkola eno ey’okukola okukaka. Amasannyalaze gavuga ayoni z’ebyuma okuva mu kisoolo okutuuka ku kintu ekitambuza, ne kikola ekizigo ekikuuma oba eky’okuyooyoota okuyita mu nkola y’amasannyalaze etayinza kubaawo awatali masoboza gassiddwako.

Enkola z’amasannyalaze ziraga okuwuliziganya okw’amaanyi mu bbugumu. Battery ezisinga zikola bulungi wakati wa 0℃ne 45℃, nga performance ekendeera ebweru wa range eno. Ebbugumu eryannyogoga lyongera ku buziyiza obw’omunda, ne likendeeza ku ntambula ya ion okuyita mu busannyalazo n’okukendeeza ku maanyi agafuluma. Battery ya lead-acid efiirwa obusobozi 50% ku -20℃, ate lithium-ion battery zikuuma omulimu omulungi nga 20% zokka ezifiirwa obusobozi ku bbugumu lye limu.

Ebbugumu lyanguya okuvunda kw’eddagala naye era lisobola okwanguya ensengekera y’ensengekera mu kkomo eritali lya bulabe. Naye ebbugumu erisukkiridde erisukka diguli 60 liri mu bulabe bw’okudduka kw’ebbugumu mu bbaatule za lithium, nga eno ensengekera z’ebbugumu ery’ebweru zifuuka ezeeyimirizaawo era ez’akabi. Obutonde obusinziira ku bbugumu-butegeeza nti ensengekera z’amasannyalaze zibeerawo mangu ku bbugumu ery’ekigero ng’okutambula kwa ion kusigala waggulu awatali kuleeta kuvunda.

Ekisengejjo ky’obusannyalazo kikosa nnyo emiwendo gy’ensengekera. Mu bbaatule za asidi w’omusulo-asidi, obuzito obutuufu obwa asidi wa salufaali bukyuka mu kiseera ky’okufulumya, ne bukka okuva ku nga 1.27 nga bujjuziddwa okutuuka wansi wa 1.10 nga buweddewo. Ekisengejjo kino ekikendeera kikendeeza ku nsengekera y’obusannyalazo okutuusa nga asidi atamala asigaddewo okusobola okutambuza obusannyalazo obulungi.

Electrochemical Reactions

Enkolagana z’obusannyalazo zibaawo nga ensengekera erina obusobozi bw’amasannyalaze obumala okuvuga okutambuza obusannyalazo. Ennyingo ya Nernst egera obungi bw’enkolagana eno, eraga engeri obusobozi bw’obutoffaali gye businziira ku bungi bw’ebirungo ebikola, ebbugumu, n’obusobozi bw’obusannyalazo obutuufu obw’ebintu ebikwatibwako.

Standard electrode potentials ze zisalawo ensengekera ki ezigenda mu maaso mu ngeri ey’okwekolako. Ebintu ebirina obusobozi bwa mutindo obusingako obubi biwaayo obusannyalazo mangu, ekibifuula anode ezisaanira. Ezo ezirina emiwendo emirungi ennyo zikkiriza obusannyalazo, nga bukola nga katodi. Enjawulo wakati wa potensiya zino eteekawo vvulovumenti y’obutoffaali-amaanyi agavuga ensengekera.

Akatoffaali ka vvulovumenti bwe kafulumya, obusobozi bw’obutoffaali bukendeera mpolampola ng’obungi bw’ekirungo (reactant concentrations) bukyuka. Enzirukanya egenda mu maaso okutuusa ensengekera lw’etuuka ku bbalansi, mu kiseera ekyo potensiya ekka okutuuka ku ziro era tewali kutambula kwa busannyalazo obutuufu. Nga embeera eno ey’emyenkanonkano tennabaawo, ensengekera y’amasannyalaze egenda mu maaso ku sipiidi egeraageranye ne density ya kasasiro.

Enzirukanya z’amasannyalaze entuufu zitera okwetaaga vvulovumenti ey’okwongerako esukkiridde-okusukka ekitono eky’obugumu. Amasoboza gano ag’enjawulo gavvuunuka ebiziyiza okukola olw’okutambuza obusannyalazo n’obuzibu bw’entambula y’amasasi. Obusobozi obusukkiridde bwawukana okusinziira ku kika ky’ensengekera, ekintu ky’obusannyalazo, ne density ya kasasiro.

Enkola ez’amangu ezirina obusobozi obusukkiridde obutono zigenda mu maaso bulungi ku vvulovumenti esukkiridde entono. Enzirukanya ezitambula obulungi zeetaaga obusobozi obusukkiridde obunene okutuuka ku kutambula kwa kasasiro okw’omugaso. Kino kinnyonnyola lwaki enkola ezimu ez’obusannyalazo zeetaaga vvulovumenti ez’amaanyi ennyo okusinga okubalirira okw’enzikiriziganya bwe kulaga.

Enkola z’amasannyalaze zinyweza ebyuma n’enkola ezitabalika. Battery ezisookerwako mu bitaala ne remote control zeesigamye ku nsengekera ezitakyuka ezikola amasannyalaze okutuusa ng’ebirungo biweddewo. Battery za secondary mu mmotoka ne electronics zikozesa reversible reactions, okusobozesa okuddiŋŋana charge-discharge cycles.

Ekisenge ky’amafuta kikiikirira enkola ey’enjawulo ng’ensengekera z’amasannyalaze zikyusa amafuta butereevu mu masannyalaze nga gakola bulungi nnyo. Haidrojeni akola oxidize ku anode ate oxygen akendeera ku cathode, n’akola amazzi gokka ng’ekivaamu. Obutafaananako bbaatule, obutoffaali bw’amafuta bwetaaga okuweebwa amafuta obutasalako okusobola okukuuma ensengekera.

Okukulukuta kwe kulaga ekyokulabirako ky’ensengekera z’amasannyalaze eziteetaagibwa ezibeerawo mu ngeri ey’okwekolako ng’ekyuma kikwatagana n’obunnyogovu ne okisigyeni. Obusagwa bw’ekyuma butondebwa okuyita mu nsengekera z’okwokya (oxidation reactions) mu bifo bya anodi, nga obusannyalazo bukulukuta okutuuka mu bitundu bya katodi okisigyeni w’akendeera. Okutegeera enkola zino ez’amasannyalaze kiyamba bayinginiya okukola ebizigo ebikuuma n’obutafaali obugumira okukulukuta-.

Enkola y’amasannyalaze mu makolero esobozesa enkola z’okufulumya ennene-. Okukola aluminiyamu kwesigamye ku kusengejja amasannyalaze ga aluminiyamu okisayidi asaanuuse, nga tukozesa amasannyalaze amanene okukendeeza ku ayoni za aluminiyamu. Enkola ya chloralkali esengejja amasannyalaze mu mubisi gw’enjuki okukola ggaasi wa chlorine ne sodium hydroxide, byombi eddagala erikulu mu makolero.

Electrochemical Reactions

Emiwendo gy’ensengekera y’amasannyalaze gisinziira ku nsonga eziwerako ezikwatagana. Densite ya kasasiro-akasannyalazo ku buli yuniti y’obusannyalazo-ekwatagana butereevu n’omutindo gw’ensengekera okusinziira ku mateeka ga Faraday. Densite ya kasasiro eya waggulu kitegeeza obusannyalazo bungi obutambuza buli sikonda, okwanguya enkyukakyuka ya kemiko.

Entambula y’amasasi ekoma ku nsengekera z’amasannyalaze nnyingi. Ebisengejja birina okutuuka ku ngulu w’obusannyalazo, era ebivaamu birina okugenda wala okukuuma ensengekera z’obungi (concentration gradients). Okusaasaana, okusenguka, n’okukyusakyusa (convection) bye bifuga enkola zino ez’entambula. Okutabula ekirungo ky’obusannyalazo oba okukola dizayini y’okutambula-okuyita mu butoffaali kitereeza entambula y’amasasi era kyongera ku miwendo gy’ensengekera egisobola okutuukirira.

Obuwanvu bwa obusannyalazo ku ngulu kikulu nnyo. Ensi ennene ziwa ebifo bingi eby’okutambuza obusannyalazo, ekisobozesa emisinde egy’omugatte egy’oku waggulu ku density ya kasasiro y’emu. Kino kinnyonnyola lwaki obusannyalazo bwa bbaatule bukozesa ensengekera z’obutuli ezirina emigerageranyo gy’obuwanvu bw’okungulu-ku-obunene, okulinnyisa ensengekera (interface) awabeera ensengekera.

Ekintu kya electrode kyennyini kikwata ku kinetics y’ensengekera okuyita mu bikolwa eby’okutabula. Ebintu ebimu bikendeeza amasoboza ag’okukola (activation energy) ku nsengekera ezenjawulo, ekizisobozesa okugenda mu maaso amangu ku busobozi obusukkiridde obutono. Platinum ekola bulungi okukyusakyusa haidrojeni n’okukendeeza okisigyeni, ekigifuula ey’omuwendo eri obuuma obuyitibwa fuel cell electrodes wadde nga ya ssente nnyingi.

Ensengekera ya electrode-electrolyte erina ensengekera enzibu eyitibwa electrical double layer. Ekitundu kino kikuŋŋaanya ekisannyalazo ku nanometers ntono, ne kikola ennimiro z’amasannyalaze ez’amaanyi ezituuka ku 107 V/cm. Layer ey’emirundi ebiri ekola nga capacitor, etereka charge ekwata ku electrochemical reaction kinetics.

Ayoni mu kisoolo zeetunula okumpi n’oludda lw’obusannyalazo obulina omusannyalazo. Cations zikuŋŋaana okumpi ne negativu electrodes, ate aniions zikuŋŋaanyizibwa ku positive electrodes. Ensengeka ya ion eno esengejja ekisannyalazo kya electrode era ekosa ebika ki ebiyinza okutuuka ku ngulu okukola. Ensengekera ya layeri bbiri ekyuka mu ngeri ey’amaanyi nga obusobozi bw’obusannyalazo bwawukana, ekikwata ku makubo g’ensengekera n’emiwendo.

Okutegeera ebikolwa bya layeri bbiri kiraga nti kikulu nnyo mu kulongoosa enkola z’amasannyalaze. Abanoonyereza banoonyereza ku bintu bino ebya nanoscale okusobola okukola dizayini y’obusannyalazo bwa bbaatule obulungi, okulongoosa obuziyiza okukulukuta, n’okukola ebyuma ebikola obulungi. Omutendera ogw’emirundi ebiri gukiikirira awali kemiko ow’omutendera gwa molekyu-asisinkanira ebifaananyi by’amasannyalaze ebinene.

Obutoffaali bwa galvanic bukola amasannyalaze okuva mu nsengekera z’eddagala ezeetongodde, nga bbaatule ezifuluma. Obutoffaali obusaanuusa amasannyalaze bukozesa amaanyi g’amasannyalaze agakozesebwa okuvuga ensengekera ezitali-ez’okwekolako, nga okucaajinga bbaatule oba okukuba amasannyalaze. Enjawulo enkulu eri nti oba ensengekera ebaawo mu butonde (galvanic) oba yeetaaga amaanyi ag’ebweru (electrolytic).

Yee, wadde nga tekitera kubaawo. Battery z’embeera enkalu-zikozesa obusannyalazo obugumu obutambuza ayoni okuyita mu nsengekera yazo eya kirisitaalo. Obutoffaali bw’amafuta obwa solid oxide obw’ebbugumu eringi-bukozesa obusannyalazo bwa seramiki. Ne ggaasi ezimu zisobola okukola ng’obusannyalazo mu mbeera ezitali zimu. Naye, obusannyalazo obw’amazzi busigala nga businga kubeerawo olw’obutambuzi bwa ayoni obw’ekika ekya waggulu.

Ku bbalansi, emiwendo gy’ensengekera y’ensengekera ey’omu maaso n’ey’emabega yeegerageranya ddala. Tewali nkyukakyuka ya kemiko ya net ebaawo, kale tewali busannyalazo buyita mu nkulungo. Potensiya y’obutoffaali ekka okutuuka ku ziro kubanga ensengekera yatuuka mu mbeera yaayo ey’amasoboza agasinga wansi. Okwongera ebirungo ebikola oba okussaako vvulovumenti ey’ebweru kiyinza okuddamu okutandika ensengekera.

Ebbugumu erya waggulu okutwalira awamu lyongera ku miwendo gy’ensengekera nga lyanguya entambula ya ion n’okukkakkanya ebiziyiza amasoboza ag’okukola. Kyokka, ebbugumu erisukkiridde liyinza okwonoona ebitundu bya bbaatule oba okuleetawo enkola y’okudduka. Ebbugumu eryannyogovu likendeeza ku nsengekera mu ngeri ey’ekitalo, ne likendeeza ku maanyi agafuluma. Buli nkola ya electrochemical erina ebbugumu erisinga obulungi okusobola okukola ku ntikko.

Enkola z’amasannyalaze zigatta kemiko ne yinginiya w’amasannyalaze mu ngeri ezikwata ku bulamu bwaffe obwa bulijjo buli kiseera. Okuva ku bbaatule mu ssimu yo ey’omu ngalo okutuuka ku kizigo ekiziyiza-okukulukuta ku bizimbe by’ebyuma, enkola zino ez’okutambuza obusannyalazo ku ngulu w’obusannyalazo zisobozesa tekinologiya ow’omulembe. Enzirukanya zibaawo buli lwe wabaawo okugatta okutuufu okw’obusannyalazo, obusannyalazo, n’amaanyi agavuga eddagala oba vvulovumenti essiddwa wamu-nga gakyusa amasoboza wakati w’ebika by’eddagala n’amasannyalaze n’obulungi obw’ekitiibwa.

Electrochemical Reactions