Věděli jste, že existuje jednoduchý test, který můžete provést, abyste zjistili, zda je alkalická baterie čerstvá nebo vybitá? 1,2 Vše, co musíte udělat, je odrazit spodní část baterie na tvrdý, rovný povrch. Pokud je baterie čerstvá, nebude moc dobře naskakovat. Pokud je baterie vybitá, vyskočí velmi vysoko. Podívejte se na to ve videu. 3
Hádejte, co způsobuje tento rozdíl ve schopnosti skákání mezi čerstvými a vybitými bateriemi? Chemie, samozřejmě!
Chemická reakce, která pohání baterie, zahrnuje přeměnu kovového zinku, oxidu manganu (IV) a vody na oxid zinečnatý a oxid hydroxid manganitý: 1,2
Zn(s) + 2 MnO2(s) + H2O(l) à ZnO(s) + 2 MnOOH(s) Rovnice 1
Ukazuje se, že ZnO je velmi houževnatý materiál. Přidání ZnO do vnitřku golfových míčků totiž zvyšuje vzdálenost, kterou urazí, když jsou zasaženy. 4 Tvorba zvyšujícího se množství ZnO při použití baterie tedy zvyšuje odrazivost baterie. Všimněte si, že při používání baterie se také spotřebovává voda. To také pravděpodobně přispívá ke zvýšenému odrážení vybité baterie následujícím způsobem: když upuštěná baterie narazí na povrch, její kinetická energie může být snadněji rozptýlena v kapalině než v pevné látce. Voda přítomná v nové baterii tedy zanechává méně kinetické energie pro odraz. Tato voda se spotřebovává při používání baterie, což způsobuje, že vnitřek vybité baterie je pevnější. Méně kapalné vody dostupné ve vybité baterii neumožňuje rozptýlení takové kinetické energie a ponechává více energie pro odraz.
Kromě rozdílů ve schopnosti odrážení je celkem snadné porovnat rozdíly v obsahu čerstvých a vybitých baterií. Chcete-li to provést, zkuste rozříznout čerstvou a vybitou baterii pomocí páru řezaček PVC trubek, abyste zjistili rozdíly mezi těmito dvěma (VIZ POZOR NÍŽE). Pravděpodobně si všimnete, že čerstvá baterie po rozříznutí trochu vytéká, zatímco vybitá baterie ne. Toto pozorování je v souladu se skutečností, že při provozu baterie se spotřebovává voda (Rovnice 1). Můžete si všimnout, že vnitřní část čerstvého těsta se zdá být stříbřitější, zatímco vnitřní část vybité baterie vypadá více bělavě šedá. Tato pozorování jsou v souladu s přeměnou Zn na ZnO při provozu baterie: zinek je stříbřitý kov, zatímco oxid zinečnatý je bílý.
Pro rozlišení přítomnosti Zn a ZnO v čerstvých a vybitých bateriích je také možné použít jednoduchý chemický test. Vnitřní část nových baterií reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku plynu. Opět je to proto, že vnitřní část čerstvých baterií obsahuje mnoho nezreagovaného kovu Zn:
Zn(s) + 2HCl(aq) + ZnCl2(aq) + H2(g) Rovnice 2
Vnitřní část vybité baterie však obsahuje převážně ZnO, který při reakci s kyselinou chlorovodíkovou neprodukuje žádný plyn:
ZnO(s) + 2 HCl(aq) à ZnCl2(aq) + H2O(l) Rovnice 3
Kvůli tomuto rozdílu by se dalo očekávat větší plyn H2 produkce při smíchání vnitřní části čerstvých baterií vs. vybitých baterií s HCl(aq).
Níže uvedené video ukazuje, jak tyto konkrétní experimenty provádět.
Doufám, že zvážíte vyzkoušení těchto experimentů ve vaší třídě. Napište poznámku do komentářů, pokud je vyzkoušíte pro své studenty. Hodně štěstí při experimentování!
POZOR: Používejte ochranné brýle a rukavice. Zde popsané experimenty jsou určeny pouze pro Zn-MnO2 alkalické baterie. Nepokoušejte se rozřezat žádný jiný typ baterií, protože jejich obsah velmi pravděpodobně obsahuje nebezpečí, která zde nejsou popsána. Obsah Zn-MnO2 obsah alkalických baterií je žíravý. Při rozřezávání buďte opatrní, protože obsah může vystříknout. Pokud se zdá, že se baterie při rozřezávání velmi zahřívá, okamžitě zastavte řezání a okamžitě vyjměte řezačku PVC z baterie.
Reference
1. Bhadra, S.; Hertzberg, B.J.; Hsieh, A.G.; Croft, M.; Gallaway, J. W.; Van Tassell, B.J.; Chamoun, M.; Erdonmez, C.; Zhong, Z.; Sholkapper, T.; Steingart, D. A. Vztah mezi koeficientem restituce a stavem nabití zinkových alkalických primárních baterií LR6. J. Mater. Chem. A. 2015, 3, 9395-9400.
2. Hall, J. M.; Amend, J. R.; Kuntzleman, T. S. Experiments to Ilustrují chemii a schopnost skákání čerstvých a vyčerpaných alkalických baterií zinku a manganu. J. Chem. Vychovat. 2016, 93, 676-680.
3. Kuntzleman, T. S. Chemistry of the Battery Bounce Test, Tommy Technetium YouTube Channel, zveřejněno 2. 1. 2019. (vstupeno 3).
4. Sullivan, M. J.; Nesbitt, R. D. Golfový míček obsahující kovový, keramický nebo kompozitní plášť nebo vnitřní vrstvu. 2003, U.S. Patent 6,612,939 Bl.
