துத்தநாக-கரிம மின்கலம்

துத்தநாக-கரிம மின்கலம் (zinc–carbon battery அல்லது "heavy duty") என்பது துத்தநாக உலோகக் கொள்கலனாலான, நேர் மற்றும் மறை முனைகளாக இயங்கக் கூடிய இலகுவாகக் கையாளக்கூடிய ஒரு மின்கலம் ஆகும். இம்மின்கலத்தின் மையப்பகுதியில் கரிமக் கோலொன்று காணப்படும். இக்கரிமக் கோல் நேர் முனைவாகவும், துத்தநாகக் கொள்கலன் மறை முனைவிடமாகவும் தொழிற்படும். இக்கரிமக் கோலைச் சூழ கரிமத் தூளும் மங்கனீசீரொக்சைட்டும் (MnO₂), சேர்ந்த கலவையும், இதனைச் சூழ நீர்ப்பசையில் கரைக்கப்பட்டுள்ள துத்தநாகக் குளோரைட்டு அல்லது அமோனியம் குளோரைட்டாலான படையும் காணப்படும். இதனைச் சூழ துத்தநாகக் கொள்கலன் இருக்கும். இதுவே சாதாரணமாக நாம் அதிகம் பயன்படுத்தும் மின்கல வகையாகும். அமோனியம் குளோரைட்டுள்ளவை (NH₄Cl) சாதாரண துத்தநாக-கார்பன் மின்கலங்களாகும். அமோனியம் குளோரைட்டுக்குப் பதிலாக துத்தநாக குளோரைட்டு (ZnCl₂) பயன்படுத்தப்பட்டுள்ள நாக-கார்பன் மின்கலங்கள் நீண்ட காலம் நீடித்து மின்னை வழங்குவதால், இவை Heavy Duty என குறிப்பிடப்பட்டிருக்கும்.

இவை சாதாரணமாக சிறுவர்கள் விளையாடும் மின்னியற் சாதனங்களிலும், மின்னில் இயங்கும் மணிக்கூடுகளிலும், தொலைக் கட்டுப்படுத்திகளிலும், சிறிய வானொலிகளிலும் பிரதான மின்மூலமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றது.

மின்கலத்தினுள்ளே நடைபெறும் ஒக்சியேற்றல் மற்றும் தாழ்த்தல் தாக்கங்கள் பௌதிகத் தடுப்பால் பிரிக்கப்பட்டுள்ளன. எனவே வெளியால் மின்கடத்தியொன்றால் அன்னோட்டையும் கத்தோட்டையும் இணைத்தால் மாத்திரமே இவ்விரு தாக்கங்களும் ஒன்றிணைக்கப்பட்டு அன்னோட்டுத் தாக்கத்தில் உருவாக்கப்படும் இலத்திரன்கள் கடத்தியூடாக கத்தோட்டை அடைந்து கத்தோட்டுத் தாக்கத்தை நடைபெறச் செய்து தாக்கத்தைப் பூரணப்படுத்துகின்றது.

மின்கலத்தின் மறை முனைவிடமே அன்னோட்டாகும். கடத்தியால் இரு முனைவிடங்களும் இணைக்கப்படும் போது நாகம் ஒக்சியேற்றப்பட்டு நாக அயன்களும், இலத்திரன்களும் உருவாக்கப்படுகின்றன.

Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2 e⁻ [E° = -0.7626 volts]

மின்கலத்தின் நேர் முனைவிடமான காரீயக் கோலே கத்தோட்டாகும். இங்கு மங்கனீசீரொக்சைட்டு (MnO₂) Mn₂O₃ ஆகத் தாழ்த்தப்படுகின்றது. மின்கடத்தும் திறனை அதிகரிப்பதற்காகவே காரீயத் தூள் மங்கனீசீரொக்சைட்டுடன் கலக்கப்படுகின்றது. இங்கு மங்கனீசானது +4 ஒக்சியேற்றும் நிலையிலிருந்து +3 நிலைக்குத் தாழ்த்தப்படுகின்றது.

2MnO₂(s) + 2 e⁻ + 2NH₄Cl(aq) → Mn₂O₃(s) + 2NH₃(aq) + H₂O(l) + 2 Cl⁻ [E° ≈ +0.5 v]

இதன் போது உருவாக்கப்படும் Cl⁻ ஆனது Zn²⁺ உடன் இணையும். நாக-கார்பன் மின்கலத்தில் நடைபெறும் மொத்தத் தாக்கம்:

Zn(s) + 2MnO₂(s) + 2NH₄Cl(aq) → Mn₂O₃(s) + Zn(NH₃)₂Cl₂ (aq) + H₂O(l)

காலம் செல்லச்செல்ல இத்தாக்கங்களின் வினைத்திறன் குறைவடைவதுடன் தேவையற்ற தாக்கங்களும் நடைபெறத் தொடங்கும். எனவே புதிய மின்கலம் 1.5 V மின்னழுத்த வேறுபாட்டைக் கொண்டிருந்தால் காலப்போக்கில் இதை விடக் குறைந்த பெறுமானத்தையே காட்டும்.

நாகக் கொள்கலனுக்குள்ளே அமோனியம் குளோரைட்டு அல்லது நாகக் குளோரைட்டும் நீரும் அடங்கியுள்ள பசை காணப்படும். இதற்கு அடுத்ததாக கோதுமைமா பூசப்பட்ட காகிதத் தாளொன்று காணப்படும். இத்தாளினுள்ளே மங்கனீசீரொக்சைட்டு மற்றும் கார்பன் தூளும் அதனுள்ளே காரீயக் கோலும் காணப்படும். உலோகங்கள் இலகுவில் தாக்கமடைவனவாக இருப்பதாலேயே காரீயம் நாக-கார்பன் மின்கலத்தில் காரீயம் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது.

இது நாக-கார்பன் மின்கலத்தின் ஒரு வகையாகும். இங்கு அமோனியம் குளோரைட்டின் அளவு குறைக்கப்பட்டு, அதற்குப் பதிலாக நாக குளோரைட்டு பயன்படுத்தப்படுகின்றது. இங்கு மிகத் தூய்மையான உட்கூறுகளே பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இவை அதிக காலம் நீடித்து மின்னை வழங்கக்கூடியவை, எனவே Heavy Duty என அடையாளப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. இதன் கத்தோட்டுத் தாக்கம் சிறிது மாறுபட்டதாகும்.

MnO₂(s) + H₂O(l) + e^- → MnO(OH)(s) + OH^-(aq)

மொத்தத் தாக்கம்:

Zn(s) + 2 MnO₂(s) + ZnCl₂(aq) + 2 H₂O(l) → 2 MnO(OH)(s) + 2 Zn(OH)Cl(aq)