Vyčíslování chemických rovnic
Přihlásit se
Vyčíslování chemických rovnic (8/9) · 9:06

Olověný akumulátor Ukážeme si vyčíslení redoxních reakcí, které probíhají v olověných akumulátorech.

Navazuje na Chemické reakce a rovnováhy.
Zde vidíme rovnici nabíjení olověného akumulátoru. Z olova v pevném skupenství a oxidu olovičitého vzniká síran olovnatý. Úkolem je vyčíslit tuto redoxní reakci v kyselém roztoku. U olověného akumulátoru pracujeme se síranem olovnatým. V předchozím videu jsme si již vysvětlili jak vyčíslit redoxní reakci v kyselém roztoku. Takže tohle video je vlastně zopakování videa předchozího s využitím olověného akumulátoru jako příkladu. První věc, kterou musíme udělat, je přiřadit oxidační čísla. Začneme s olovem v pevném stavu. Oxidační číslo všech prvků je 0, takže je to 0 pro olovo v pevném stavu. Přesuneme se k oxidu olovičitému. Oxidační číslo kyslíku je -2. V našem případě máme dva kyslíky, což nám dává celkem -4. Součet oxidačních stavů v neutrální sloučenině je 0 takže olovo bude mít oxidační číslo +4. Přesuneme se na síran olovnatý. Víme, že síran je (SO)₄²⁻, tím pádem nám vychází oxidační číslo +2 pro olovo. Dále si napíšeme oxidační poloreakci. Co je zde vlastně oxidováno? Olovo v pevném stavu přestupuje z oxidačního stavu 0 do oxidačního stavu +2. To znamená, že dochází ke zvýšení oxidačního čísla. To je podstatou procesu oxidace. Takže si dole napíšeme, že olovo v pevném stavu přechází na olovo s oxidačním číslem +2 v naší oxidační reakci. Máme zde i síran, takže je třeba, abychom měli síran na obou stranách rovnice. Máme-li pevné olovo a síranový anion vzniká síran olovnatý se vzorcem Pb(SO)₄ Dále se podíváme na atomy. Máme atom olova na levé a atom olova na pravé straně. Jednu síru na levé a jednu síru na pravé straně. Čtyři kyslíky na levé a čtyři na pravé straně. Všechny atomy reakce jsou vyrovnány. Nyní se podíváme na vyrovnání náboje. Vyrovnání náboje se dělá doplněním elektronů. Pojďme tedy zjistit kolik elektronů potřebujeme přidat a kam je vlastně přidáme? Na levé straně máme dva negativní náboje. Na pravé straně je náš celkový náboj 0. Potřebujeme tedy vyrovnat náboje na obou stranách. Docílíme toho přidáním 2 elektronů na pravou stranu. Nyní se nám náboje vyrovnaly. Pamatujte, oxidace se vyznačuje ztrátou elektronů. K této poloreakci dochází na anodě naší baterie. Dále potřebujeme dodělat redukci v naší reakci. Potřebujeme si napsat poloreakci pro redukci. Je zde patrné, že přecházíme z oxidačního stavu 4+ do 2+. Dochází tedy ke snížení oxidačního stavu. Takže pro naši redukci v poloreakci, je to PbO₂ přecházející na olovnatý kation. Potřebujeme přidat síran, protože se též účastní reakce. Takže na levé straně máme: PbO₂ plus (SO)₄²⁻ Tyto reaktanty dají vznik síranu olovnatému na pravé straně. Dále potřebujeme vyrovnat počet atomů. Začneme tedy s olovem. Jedno olovo na levé, jedno olovo na pravé straně. Jakmile toto dokončíme a je vyrovnána i síra: jedna síra na levé, jedna síra na pravé, je třeba se podívat na kyslík. Pojďme se podívat na levou stranu. Máme zde 2 kyslíky a 4 tady, což dohromady dává 6 kyslíků. Takže 6 kyslíků na levé straně. Na pravé straně máme 4 kyslíky. Takže 4 kyslíky na pravé straně. Počet kyslíků vyrovnáme přidáním vody. Potřebujeme tedy 2 kyslíky navíc na pravé straně. Toho docílíme přidáním dvou molekul vody. Takže jestliže dodáme dvakrát H₂O, máme nyní správné množství kyslíků. Pouze jsme tím přidali 2 kyslíky na pravou stranu. Dále vyrovnáme počet vodíků přidáním H⁺. Pojďme se podívat na pravou stranu. Máme 4 vodíky na pravé straně. Na levé straně nemáme žádné. Žádné nemáme, takže potřebujeme přidat 4 protony na levou stranu naší poloreakce. Takže přidáme-li 4 protony na levou stranu, vyrovnáme tak vodíky. Teď máme 4 vodíky na každé straně. Nyní musíme ještě vyrovnat náboj. Co je tedy celkový náboj na levé straně? Máme zde 4 kladné náboje a taky 2 záporné náboje. Takže máme celkem náboj 2+ na levé straně. Na pravé straně by to byla 0. Je tedy třeba přidat, potřebujeme přidat 2 elektrony na levou stranu. Přidáme-li 2 elektrony na levou stranu, náboje na obou stranách se vyrovnají. Nyní zde máme hotovou poloviční reakci redukce. K této redukční reakci dochází na katodě naší baterie. Nyní můžeme spojit obě naše poloreakce. Můžeme je spojit, protože máme stejné množství elektronů. Pojďme si tedy zvýraznit tuto poloviční reakci. V poloreakci oxidace jsme ztratili 2 elektrony. A v poloreakci redukce jsme 2 získali. Tím se nám počet elektronů vyruší. Můžeme tedy poloreakce spojit, abychom získali celkovou reakci olověného akumulátoru. Pojďme tedy přidat všechny naše reaktanty. Začněme s těmito nahoře. Máme zde olovo v pevném stavu a síran. Pojďme to sepsat. Máme tedy: Pb plus (SO)₄²⁻. A další reaktanty máme tady dole: 4H⁺ plus PbO plus (SO)₄²⁻. Takže získáme: Pb plus (SO)₄²⁻ plus 4H⁺ plus PbO plus (SO)₄²⁻. Jako produkty máme Pb(SO)₄, a tady dole máme Pb(SO)₄ a 2H₂O. Takže celá pravá strana je: Pb(SO)₄ plus Pb(SO)₄ plus H₂O Už se nám povedlo vyrovnat počet elektronů. Tedy se o ně nemusíme starat. Pojďme to zjednodušit. Jak bychom to mohli zjednodušit? Na levé straně máme olovo, takže Pb, plus PbO₂. Napíšeme si tedy Pb plus PbO₂ Dále zde máme 4H⁺, k rovnici připíšeme: plus 4H⁺ A pak máme ještě 2 sírany. k rovnici připíšeme: plus 2(SO)₄²⁻ Z produktů tady máme dvakrát Pb(SO)₄ Do rovnice napíšeme: 2Pb(SO)₄ plus 2H₂O Výborně, máme hotovo. Tohle je naše celá reakce, která probíhá v olověném akumulátoru. Někdy můžete tuto rovnici vidět i v jiné podobě. Můžete vidět 2 protony přidané nad tyto dva sírany, čímž získáte 2HSO₄⁻, zbydou vám tak 2 protony navíc. Takže 2H⁺, což je pouze jiný způsob, jak napsat, jak reakce probíhá. Toto je tedy galvanický článek. Získáváme tak napětí spontánní redoxní reakcí. Každý z těchto článků má napětí zhruba 2 volty. Takže potenciál článku je zhruba 2 volty. Jestliže vezmete 6 takovýchto článků a spojíte je, získáte tak autobaterii. Autobaterie má celkem 12 voltů. Takže tedy 6 článků, každý po 2 voltech. Když se autobaterie vybíjí, spontánní redoxní reakce vyvolá elektrický proud, který nastartuje motor auta. Jakmile je motor auta v provozu, reakce probíhá v opačném směru. Tento proces umožní, aby se dobíjela vaše olověná autobaterie. Reakce v opačném směru je připravená, protože síran olovnatý je v pevném skupenství. Podíváme-li se na naše poloreakce, v obou reakcích máme přítomný síran olovnatý. Právě pevný síran olovnatý se vylučuje na elektrodách. Takže reakce v opačném směru je ihned připravena. Takto můžete nabíjet vaši baterii. Můžete si to představit jako galvanický článek, který produkuje proud s využitím spontánní redoxní reakce. Nebo jako na elektrolytický článek. Elektrický proud se používá na znovunabíjení těchto baterií. Proud se využívá k navození jinak nespontánní reakce. Olověný akumulátor je dobíjitelný, čehož se využívá při výrobě autobaterií. Tyto baterie vydrží extrémně dlouho.
video