2013年1月21日

科學玩具-電學-想開了的水銀電池


去年某天下班回到家,進門脫下外套,拎著袋子往二樓移動,正慶幸著一天的疲憊得以放鬆時,突然聽到一聲「碰!」的爆炸聲,我當場愣住了,因為聲音的來源不是屋外,而是屋內,況且僅有一牆之隔的書房。心裡頭頓時一大堆問號,書怎麼會爆炸?還是電腦爆炸了?我的資料怎麼辦?

確定是書房內的聲音之後,接下來就是金屬撞擊地面的聲音了。進去一看,一切都是完好的,難道是教具自行分裂嗎?也不是。後來在書桌上發現一個裂開的水銀電池,是前晚剛從大陸製的玩具上拆下來的,因為沒有足夠的電壓可以驅動電流,所以先被暫時擱置在桌上。本來想說回到家之後再回收處理的,沒想到它竟先一步走了,該說它是想不開,還是應該說它想開了呢?
鈕扣形水銀電池,是二次大戰時期發展出來的,初期只供軍用,用途也多
當初主要是為了讓電池體積縮小、電子儀器輕量化,而且有穩定電流才開發

既然它願意捐軀,那我就不客氣地看個仔細吧。其實鈕扣電池就是我們常說的水銀電池,小時候接觸過掌上型遊戲機的夥伴一定不陌生,不過當初剛開發出來時價格居高不下,所以是有錢人的玩意兒,家裡有一定經濟程度的小朋友才買得起遊戲機,也才會去接觸到水銀電池。

一般乾電池的電壓(電動勢)會隨放電時間一長而下降,尤其是到了末期時,電流降低的情況會特別明顯。但是鹼性的水銀電池卻仍舊可以保有大小穩定的電流值。但是並不是說電壓(電動勢)完全不變哦!而是變化太過輕微,以致於可以忽略。
電池內部負極與正極和正極材料都是粉末
藍色是墊圈,並且可以當正負極之間的絕緣物

為何稱它是鹼性電池呢?其實是因為內部的電解液為鹼性。而這種電池的正極是氧化汞和一些石墨,負極主要是鋅汞齊(鋅的水銀溶液)。鋅汞齊和電解液中的氫氧根離子化合成氧化鋅和水,並放出電子(Zn(汞齊)+2OH-ZnO+H2O+2e-),為氧化反應。當電子沿著外電路移動到正極的氧化汞時,和剛剛在負極產生的水產生化學反應,形成汞和氫氧根(HgO+H2O+2e-Hg+2OH-),為還原反應。
全反應:HgO+Zn(汞齊)→ZnO+Hg 
直到水銀中的鋅濃度過低,反應物匱乏,才會讓電池壽終正寢

中間含有一些KOH糊狀電解質
原本裡面應該是濕的,但這個炸開來的電池看起來卻是乾乾的

這一顆電池用到最後,會發現它的金屬外殼鼓鼓的,不像當初購入時那般平坦。我在猜,裡面一定產生了氣體,當氣體越來越多,內部壓力過大才讓金屬外殼向外膨脹變形。最後當金屬外殼承受不住時,便發生了爆炸的現象。

將整個書房仔細的檢查一遍,發現除了地上有些許迸散飛落的黑色粉末外,倒是無其他災損,再加上當時房間裡沒人,算得上是不幸中的大幸。連我在樓梯間都嚇了一大跳,如果當時有人在電池附近,一定會被嚇到。後來,這顆功成身退,自爆過的電池當然是被我拿去回收了,因為我也不想把這些殘餘的汞及汞化合物放在房間裡,而造成後續的、永久的傷害。

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