Vyčíslování chemických rovnic
Přihlásit se
Vyčíslování chemických rovnic (9/9) · 11:07

Nikl-kadmiové baterie Jak vyčíslit redoxní reakci pro nikl-kadmiové baterie?

Navazuje na Chemické reakce a rovnováhy.
Naším úkolem je vyvážit redoxní reakce pro nikl-kadmiové baterie, takže tady je průběh. Pevné kadmium s oxidem-hydroxidem niklitým dá hydroxid kademnatý a hydroxid nikelnatý. V baterii se toto děje v zásaditém roztoku. Takže už jsme viděli, jak vyrovnat redoxní reakce v zásaditých roztocích, ve videu jsem ukázal všechny kroky, toto video je shrnutí toho, co je potřeba udělat. Pamatujte, že budete jednat jakoby šlo o kyselý roztok a potom ho budete moct změnit na zásaditý roztok. Jako první určíme oxidační čísla. Takže začneme s pevným kadmiem, elementární kadmium je prvek, takže bude mít oxidační číslo 0. Dál, o oxidu-hydroxidu niklitém víme, že hydoxid je OH -1 a oxid je O -2, nikl musí tedy mít oxidační číslo +3, aby to bylo vyrovnané. Tento nikl musí mít 3 kladné ionty, a bude mít oxidační číslo +3. O hydroxidu kademnatém víme, že jeho náboj je negativní a my tady máme dva, takže kadmium musí mít 2 kladné ionty, a to dá oxidační číslo +2. To stejné u hydroxidu nikelnatého. Máme dva hydroxidy, takže tady musí být nikl +2 a nikl se 2 kladnými ionty dá oxidační číslo +2. Nejprve si napíšeme oxidační poloreakci, pojďme na to. Co se v naší baterii zoxidovalo? Pevné kadmium přešlo z oxidačního čísla 0 na oxidační číslo 2 a máme kadmium +2. To je zvýšení čísla, tudíž oxidace. Takže si tu napíšeme naši poloreakci. Máme pevné kadmium, z něho hydroxid kademnatý. Jako se budeme zabývat atomy, které potřebujeme k vyvážení. Začneme s kadmiem. Jedno kadmium nalevo a jedno napravo, takže kadmium je vyvážené. Jako další vyvažujeme kyslík. Kolik máme kyslíků napravo? No, jsou tu dva, protože se vztahují ke všemu v závorce. Takže máme dva kyslíky napravo a nalevo není žádný. Vyvážíme kyslík tím, že přidáme vodu. Kolik potřebuje na levé straně přidat molekul, abychom kyslík vyvážili? Budeme potřebovat dva. Takže, když přidáme dvě molekuly vody, dostaneme dva kyslíky jak napravo, tak nalevo. Jako další vyvážíme vodík, budeme postupovat, jakoby to byl kyselý roztok, vodík tedy vyvážíme přidáním protonů, přidáním H⁺. Kolik je vodíků nalevo? 2 krát 2 se rovná 4, takže nalevo máme čtyři vodíky. Kolik jich je napravo? Napravo jsou dva vodíky. Budeme tedy potřebovat přidat napravo dva protony, abychom vodíky vyvážili. Přídáme tedy napravo dva protony, H⁺. Postupovali jsme tak, jako by šlo o kyselý roztok, ale nezapomeňme, že ve skutečnosti je zásaditý, a tak můžeme přidat na obě strany hydroxidovou skupinu, abychom odstranili H⁺. Když máme dva kladné vodíky, budeme muset přidat dvě záporné OH skupiny Když tyto dvě skupiny přidáme napravo, musíme je přídat i nalevo. Napíšeme si tedy, co bychom dostali jako naši oxidační poloreakci. Měli bychom dvakrát H₂O. Takže dvakrát H₂O, plus kadmium, plus dva hydroxidy a to nám dá hydroxid kademnatý, to je Cd(OH)₂. A co je tohle? Co nám vznikne z 2H⁺ plus 2 OH⁻? H⁺ a OH⁻ spolu dají vodu, takže napravo budeme mít dvakrát vodu. Tedy 2 krát H₂O. Jako další musíme vyvážit náboj na obou stranách. Podívejme se na náboj naší oxidační poloreakce. Jaký je výsledný náboj nalevo? Jsou tu dva hydroxidy, to jsou dva záporné náboje. Napravo je to nulový náboj, takže celkově má pravá strana nulový náboj. Náboj vyvážíme tím, že přidáme elektrony. Kolik elektronů a na jakou stranu naší poloreakce přidáme? Když přidáme dva elektrony napravo, tak to náboj vyrovná, takže napravo přidáme dva elektrony. Všimněte si, že nalevo je dvakrát voda stejně jako napravo, takže je obě můžeme vyrušit a napsat si finální verzi naší poloreakce. Kadmium a dva hydroxidy nám dají hydroxid kademnatý a dva elektrony. Toto je oxidace, takže se nám v poloreakci ztratí elektrony. Teď si můžeme napsat redukční poloreakci, jako další tedy budeme redukovat. Oxidace probíhá na kladné elektrodě baterie, redukce probíhá na záporné elektrodě baterie. Podívejme se zpátky nahoru kde vidíme, co se redukuje. No, tohle se změní oxidačního čísla +3 na oxidační číslo +2. Tomu říkáme snížení neboli redukce oxidačních čísel. To je tedy naše poloreakce. Oxid-hydroxid nikelnatý se změní na hydroxid nikelnatý. Napišme si to. Takže oxid-hydroxid niklitý se při naší redukci mění na hydroxid nikelnatý. Pojďme na vyčíslení. Jeden nikl je nalevo, jeden je napravo. Dál kyslík. Nalevo jsou dva a napravo jsou dva. Můžeme se tedy přesunout k vodíku. Kolik je vodíků nalevo? Jen jeden. Jeden vodík nalevo, ale napravo jsou dva. Opět budeme postupovat jakoby to byl kyselý roztok, vodíky vyvážíme přidáním protonů. A teď, kolik protonů přidáme, a na kterou stranu? No, když máme nalevo dva vodíky a napravo jen jeden, musíme přidat jeden proton nalevo. Přidáme sem jeden proton, takže H⁺. Teď je vodík vyvážen. Dál se zbavíme protonu, který jsme právě přidali, protože ve skutečnosti jde o zásaditý roztok. Takže v případě jednoho protonu musíme přidat jeden hydroxid, abychom se protonu zbavili. Když přidáme jeden hydroxid na levou stranu, musíme ho přidat i na pravou stranu poloreakce. Napišme si, co teď dostaneme. Z H⁺ a OH⁻ vznikne H₂O. Takže máme H₂O plus oxid-hydroxid niklitý. H₂O plus oxid-hydroxid nikelnatý. Umožňující, že na pravé straně budeme mít hydroxid nikelnatý plus OH⁻, takže plus hydroxid. Za další budeme muset vyvážit náboje, podívejme se na celkový náboj nalevo. Ten bude nulový. Na pravé straně je hydroxidový anion, ten dává jeden zápor napravo. Musíme tedy přidat jeden elektron na levou stranu poloreakce. Když přidáme jeden elektron na levou stranu, náboj se vyrovná. Je negativní nalevo i napravo. Přidáme elektron. Přibývání elektronů značí redukci, takže to dává smysl. Takže toto je naše poloreakce. A teď se můžeme zamyslet nad spojením obou polovičních reakcí. Takže se vrátíme, nezapomeňte, že toto byla naše finální oxidační poloreakce, tudíž jsme přišli o dva elektrony. V oxidaci jsem dva elektrony ztratili. Když spojíme obě poloreakce, počet elektronů musí být stejný, protože elektrony, které jsme ztratilli při oxidaci, jsou ty samé, které jsme zase získali při redukci. Musíme teď mít dva elektrony také v redukční části. Tyto dva elektrony můžeme získat vynásobením všech prvků dvěma. Takže teď vše vynásobíme dvěma. 2 krát 1 nám dá 2 elektrony, a 2 krát H₂O, tím dostaneme dvě vody. Budeme mít dva oxid-hydroxidy niklité, to jsou dva NiO(OH). Budeme mít dva hydroxidy nikelnaté. Dva hydroxidy nikelnaté. A nakonec dva hydroxidy. Teď máme počet elektronů, stejný počet elektronů, takže můžeme vše spojit, abychom dostali celou reakci v naší nikl-kadmiové baterii. Takže spojíme obě poloreakce, které jsem ohraničil. Tuto a tuto poloreakci spojíme. Můžeme hned nějaké věci vykrátit, usnadnit si trošku život. Můžeme vyrušit tyto elektrony na straně produktu a na straně reaktantu. A můžeme vyškrtnout i hydroxid, protože, když se podíváte... změním tady barvy... budeme na straně reaktantu mít dva hydroxidy a dva hydroxidy na straně produktu. Teď si můžeme napsat celou reakci. V této poloreakci máme kadmium, takže si ho tu napišme. Máme pevné kadmium, plus dvě H₂O, plus dva oxid-hydroxidy niklité. Co bude výsledek? Dostaneme... ...vraťme se ještě zpátky k naší oxidaci. Dostaneme hydroxid kademnatý, takže si ho tu připíšeme. Hydroxid kademnatý plus tady budeme mít dva hydroxidy nikelnaté. Takže plus dva hydroxidy nikelnaté. A konečně to máme. To je celková reakce toho, co se děje v nikl-kadmiové baterii. A oba naše produkty, hydroxid kademnatý a hydroxid nikelnatý, jsou zásadité, takže se vysráží na elektrodách baterie. A to usnadní obrátit reakce, protože, když reakce obrátíte, musíte začít s hydroxidem kademnatým a hydroxidem nikelnatým, které už tu jsou. Obrátit reakci je tedy snadné a usnadní to i nabití baterie. Takže nikl-kadmiová baterie je stejná jako olověné baterie dobíjecí a z toho důvodu velmi užitečná.
video