Evin içerisinde malzemelerden elektrik üretmek çok eğlenceli bir projedir.

Evde kendi pilimizi üretmenin birçok kolay yolu vardır. Temel mantık  farklı iki metali iletken bir sıvı içerisine koymaktır. Böylece basit bir pil elde etmiş oluruz. Çoğu kişinin aşina olduğu ev yapımı pil birer bakır ve çinko çubuğun limona saplanmasıyla ortaya çıkan versiyondur. Bunu herkes bildiği için biz burada farklı malzemelerden nasıl pil yapılır onu göreceğiz.

İlk pilimiz alüminyum bakır tel ve koladan oluşan bir ev yapımı pil.

Yukarıdaki fotoğraf bir parça bakır ve bir parça alüminyumun bir bardak Coca Cola’nın içerisine daldırılmasıyla elde edilen pili gösteriyor.

Alüminyumu kolanın tenekesini keserek elde edebilirsiniz. Tabi kullanmadan önce üzerindeki boyasını kazımanız gerekecektir. Uğraşamam diyorsanız herhangi bir nalburda da bulabilirsiniz.

Bakır parçasını ise nalburdan temin etmeniz mümkün. Unutmayın ki metallerin sıvıyla temas eden yüzey alanı ne kadar geniş olursa o kadar elektriksel potansiyel elde ederiz. Alüminyum bakır ve koladan yaptığımız pilimiz yaklaşık 0,75 volt’luk bir potansiyel üretir.

Alüminyum yerine çinko kullanırsak biraz daha fazla potansiyele ulaşırız. Çinko bakır ve koladan oluşan pil yaklaşık 1 volt’luk bir potansiyel üretir.

Yukarıda gördüğümüz pil çinko bakır ve koladan üretilmiştir. Aslında çinkonun alüminyumdan daha iyi sonuç vermesi şaşırtıcı bir durum çünkü normalde alüminyum çinkodan daha reaktif bir maddedir. Ama bu pilde tahminimce alüminyum oksitlenerek reaksiyonun yavaşlamasına neden oluyor.

Evde kolayca yapılabilecek bir diğer pilimiz ise çinko-hava pilidir. Bu tip pillerde çinko tuzlu suda çözünen oksijenle oksidasyona uğrar. Tuzlu su çözeltisini, bir bardak suya bir yemek kaşığı tuz ekleyip karıştırarak elde edebilirsiniz.

Burada gösterdiğimiz “piller” i “hücre” olarak adlandırmamız daha doğru olur çünkü aslında bir pil 2 veya daha fazla hücreden oluşur.

Çinko-hava hücresi yaklaşık olarak 0,75 volt üretir. Daha yüksek potansiyeller elde etmek ve LED saat yada hesap maknesi gibi bazı aletleri çalıştırabilmek için 2 yada daha fazla hücreyi birleştirip bir pil oluşturmamız gerekir.

Biribirine seri bağlanmış iki çinko hava pili yaklaşık 1,5 volt üretir. Yukarıdaki fotoğrafta gördüğünüz gibi bu bir kırmızı LED’i yakmaya yeterlidir. LED’in daha parlak yanmasını sağlamak için daha fazla hücre eklememiz gereklidir.

Eğer sizin projenizdeki LED yanmazsa kutupları değiştirmeyi deneyin. Genelde LEDlerin kutuplarını ayırt edebilmemiz için bir uçları daha uzundur.

Bir hücrenin potansiyelini arttırmanın bir diğer yolu da kimyasıyla oynamaktır. Yukarıdaki fotoğrafta görüldüğü üzere çinko-hava hücresi daha fazla potansiyel üretmektedir. Bunun nedeni tuzlu suya bir miktar hidrojen peroksit eklemiş olmamızdır. Tuz ruhu da eklenebilir ancak hidrojen peroksit hem güvenli hem de kokusuzdur.

Eğer elinizde bir parça çinko yoksa yukarıda görüldüğü gibi alüminyum-hava pili de yapabilirsiniz. Görüldüğü üzere yarım voltdan biraz fazla potansiyel üretiyor yani bir LED’i aydınlatmak için 3 tane hücreye ihtiyacınız var.

Yukarıdaki bakır-çinko-sirke pilinde başka bir kimyasal olay görüyoruz. Bu pilde çinko bakır parçasından gelen bakır iyonlarıyla oksitleniyor. Bakır önce sirkenin içine giriyor oradan da çinko elektrodundaki çinkoyla yer değiştiriyor.

Bütün gece boyunca bir LED’i aydınlattıktan sonra çinkonun üzerinde siyah bir kaplama şeklinde bakır ve bakır oksit çamurunun nasıl oluştuğunu görebilirsiniz.

Yukarıda pilin LED’i bütün gece aydınlatmasına rağmen hala bir kaç gün aydınlatmasını sağlayacak çinkonun kaldığını görüyoruz.

Üç tane bakır-çinko-kola pili yaklaşık 3 voltluk bir potansiyel üretiyor ve buda normal bir 3 voltluk lityum pilin yerini alıp fotoğrafta gördüğünüz saatli takvimli hesap makinesini çalıştırmasını sağlıyor. Bu yapmış olduğumuz pil bu hesap makinesini aylarca çalıştırabilecek güçtedir.

Nasıl Oluyor?

Metal atomları çekirdek ve elektronlar arasındaki elektriksel çekimler sayesinde bir arada dururlar.

Bir parça metali bir bardak suyun içerisine daldırdığınızda su molekülleri parçanın yüzeyindeki metal atomlarıyla etkileşime girer. Su molekülleri polar moleküllerdir. Yani bir tarafı tamamen pozitif diğer tarafı tamamen negatif yüklüdür. Bunun nedeni 2 hidrojen atomunun oksijen atomunun tamamen zıt taraflarında değilde 1050 lik bir açıyla birbirlerinden ayrı durmalarıdır. Hidrojen tarafı pozitif oksijen tarafı ise negatiftir.

Su ve metal arasındaki ara fazda metal atomlarının bazıları su moleküllerinin negatif yüzü tarafından çekilir. Bu çekim, metal çekirdeğinin bir yada birkaç elektronunu metal çubukta bırakıp metal çubuktan suya doğru göç etmesini kolaylaştırır.

Çubuk bu göçün etkisiyle çok düşük bir negatif elektrik yüküne sahip olur, çünkü içerisinde bir tane daha az pozitif yüklü çekirdek vardır. Bu çok düşük elektirik yükü metal çubuğu terk eden metal iyonlarını geri çekecek kadar güçlü değildir. Aslında bu iyon( bir yada daha fazla elektronunu eksik olan metal atomu) su molekülleri tarafından çabucak sarılır çünkü negatif tarafları pozitif metal iyonunu tarafından çekilir. Bu su molekülleri pozitif yükleri daha geniş bir alana dağıtır böylelikle pozitif yüklerin metal çubuk tarafından çekimini daha da azaltmış olur.

Bu çok geçici bir etkidir ve metal iyonları genellikle çabucak metal çubuğa geri çekilir. Ancak metal çubuğun yüzünde muazzam fazlalıkta metal atomu ve ve suyun içerisinde muazzam fazlalıkta metal iyonu bulunduğunu düşünürsek metal çubuğu çekirdeğine nazaran bir kaç elektron eksik kalır. Bu da metal çubuğa çok düşük bir negatif  yük kazandırır.

Bazı metaller atomlarına diğerlerine göre daha sıkı bağlıdırlar. Metallerin farklı kaynama noktalarının olmasının nedeni budur.

Bu şu anlama gelir. Bazı metal çubuklar suya daldırıldıklarında diğerlerine göre daha negatif hal almaktadırlar.

Eğer bir metal çubuk diğerine oranla daha fazla elektrona sahipse ikiside aynı yüke sahip olana kadar aralarında bir elektron akışı olur. Bu akışın sağlanması içinse iletken bir yola ihtiyaç vardır. İşte iki metali kabloyla biribirine bağladığımız zaman bu elektron akış yolunu oluşturmuş oluruz. Elektronlar da bu yolu izlerken bize elektrik akımı yaratırlar.

Bakır, çinko ve asit

Bakır ve çinko çubuklar durumunda, bakır atomlarına çinkoya nazaran daha sıkı bağlıdır. Dolayısıyla çinko çubuk bakıra göre daha negatif kalır ve elektron akışı çinkodan bakıra doğru olur.

Kuvvetler dengelendiği zaman bakır çubuk çinkoya oranla daha fazla elektrona sahip olur. Artık çinko çubuğun daha az elektronu olduğu için çinko iyonlarını tekrar çubuğa doğru çekemez.

Eğer pilimizin içinde sadece su olsaydı daha fazla birşeyin olmasını bekleyemezdik. Ancak bizim Coca cola pilimizin içerisinde suyun yanında fosforik asit de var. Sirke pilimizde ise suyun yanısıra asetik asit mevcut. Asit;  hidrojenin iyonunu kolaylıkla bırakan bir maddedir. Hidrojen iyonları pozitiftir ve asit hidrojen iyonunu bırakırsa negatif yüklü olur. Yaptığımız iki pilde de kalan parçalar fosfat ve asetat iyonlarıdır.

Yani bütün bu pozitif yüklü çinko iyonları negatif yüklü fosfat iyonlarına çarparsa ne olur? Fosfat iyonları hidrojen iyonlarıdan daha çok çinko iyonlarına çekilir. Pozitif yüklü hidrojen iyonu bakır çubuğa doğru çekilir çünkü bakır çubukta ekstra elektron vardır ve dolayısıyla negatif yüklüdür(Zıt kutup etkileşmesi).