Оловна акумулаторна батерия

Това е химичната реакция, която протича в оловните батерии. Олово плюс оловен диоксид дават оловен сулфат. Искаме да изравним тази окислително- редукционна реакция в киселинен разтвор. В оловната батерия има сярна киселина. В предишно видео разгледахме как да изравним окислително- редукционен процес в киселинен разтвор. Това е просто преговор, в който използваме оловната батерия като пример. Най-напред трябва да определим степените на окисление. Започвам с оловото. Степента на окисление на прост елемент е нула, така че оловото има степен на окисление нула. Отиваме при оловния диоксид. За кислорода степента на окисление е 2–. Имаме два броя, така че става общо 4–. Сборът на степените на окисление в неутрално съединение е нула, значи за оловото трябва да е 4+. Да видим оловния сулфат. Знаем, че сулфатът е SO4 2–, следователно тук имаме олово 2+. Катионите са Pb2+. Степента на окисление е 2+. Сега да напишем частта с окислението. Какво се окислява тук? Оловото преминава от степен на окисление нула в степен на окисление 2+. Това е увеличение на степента на окисление. Това е окисление. Записваме, че оловото преминава в 2+ в процеса на окисление. Имаме и сулфат, така че го записвам и от двете страни. Ако имаме олово плюс SO4 2–, получаваме оловен сулфат PbSO4. Сега да изравним атомите. Имаме едно олово отляво и едно олово отдясно. Един път сяра отляво, един път сяра отдясно. Четири пъти кислород отляво и четири пъти кислород отдясно. Всички атоми са изравнени. Сега да изравним зарядите. Това става като добавяме електрони. Колко електрона трябва да добавим и къде? Отляво имаме два отрицателни заряда. Отдясно общият заряд е нула. Трябва да бъдат равни. Значи добавяме два електрона отдясно. Сега зарядите са изравнени. Помни, окислението е загуба на електрони. Това е процесът, който протича на анода на батерията. Сега да видим процеса на редукция. Нека запиша процеса на редукция. Преминаваме от +4 в +2. Това е понижение на степента на окисление. Процесът на редукция е PbO2 се превръща в Pb2+. Отново трябва да добавим сулфат, който присъства тук. Отляво имаме PbO2 плюс SO4 2–. Отдясно имаме PbSO4. Сега да изравним атомите. Първо оловото. Един път олово отляво, един път олово отдясно. Това е изравнено, сярата е изравнена също, един път сяра вляво, един път сяра вдясно. Минаваме към кислорода. Първо от лявата страна. Тук имаме два кислорода и тук имаме 4, общо 6 атома кислород. Отляво има шест атома кислород. Отдясно имаме четири атома кислород. Изравняваме кислорода, като добавяме вода. Отдясно ни трябват два кислорода. Значи добавяме две молекули вода. Сега вече имаме правилния брой атоми кислород. Просто добавихме два кислородни атома вдясно. Сега да изравним водорода, като добавим Н+. Отдясно имаме четири водорода. Отляво имаме нула. Имаме нула водород, затова добавяме четири протона отляво. Ако добавим четири протона отляво, водородът е изравнен. Имаме по четири от двете страни. Сега да изравним зарядите. Какъв е общият заряд отляво? Имаме четири плюса и два минуса. Отляво общо имаме заряд 2+. Отдясно е нула. затова трябва да добавим два електрона отляво. Ако добавим два електрона отляво, зарядите се изравняват. Това е реакцията на редукция. Тя протича на катода на батерията. Нека съберем сега двете реакции. Можем да го направим, защото имаме еднакъв брой електрони. Нека да оградя тази част от процеса. При окислението ние отдадохме два електрона. При редукцията получихме два електрона. Тези електрони се съкращават. Събираме двата процеса и получаваме целия процес, който протича в батерията. Нека съберем изходните вещества. Започвам с тези горе. Имаме олово и сулфат. Нека го запиша. Имаме Pb плюс SO4 2–. Изходните вещества долу са 4 пъти Н+ плюс PbO2 плюс SO 4 2–. Значи имаме 4 пъти Н+ плюс PbO2 плюс SO 4 2–. При продуктите имаме PbSO4, и после тук имаме PbSO4 и 2 пъти Н2О. PbSO4 и 2 пъти Н2О. Вече съкратихме електроните. Нека да опростим. Как можем да го опростим? Отляво имаме олово, значи Pb, плюс PbO2. После имаме 4 пъти Н+ и два сулфата. Записвам 2 пъти SO4 2–. При продуктите имаме два пъти PbSO4. Значи два пъти PbSO4 плюс 2 пъти Н2О. Това е, готово. Това е пълната реакция в оловната батерия. Понякога това е написано малко по-различно в учебниците. Можеш да видиш два от тези протони свързани с два сулфата, за да се получи два пъти HSO4– и два протона отделно. Два пъти Н+ е просто друг начин да се представи това, което се случва тук. Това е волтова клетка. Получаваме напрежение в резултат на спонтанна химична реакция. И една такава клетка има около два волта. Потенциалът на клетката е около два волта. Ако събереш шест такива клетки, се получава автомобилен акумулатор. Автомобилният акумулатор има общо 12 волта. Това са шест клетки по два волта. Когато акумулаторът се разрежда, спонтанната редукционна реакция осигурява ток и моторът пали. Когато автомобилът се движи, реакцията протича обратно. Това позволява оловните акумулатори да се презареждат. Обратната реакция е готова да стартира, защото оловният сулфат е твърдо вещество. Ако се върнем горе и погледнем двата отделни процеса, и в двата имаме оловен сулфат. Това е налеп, който се образува по електродите. Затова обратната реакция може да започне. И акумулаторът може да се презарежда. Можеш да го разглеждаш като волтова клетка, която произвежда ток от спонтанна окислително-редукционна реакция. А после можеш да си го представиш и като електролитна клетка. Токът се използва за презареждане на акумулатора. Токът се използва за провеждане на неспонтанната реакция. Затова оловната батерия може да се презарежда и така е много удобна като автомобилен акумулатор. Освен това траят изключително дълго.