Å lage et galvanisk element

Hensikten med dette forsøket var å lage et galvanisk element som leverer strøm til en lyspære. Vi skal forsøke å finne ut om kaffefilter eller tørkepapir fungerer best som saltbro, og om cellepotensialet er avhengig av elektrolyttenes konsentrasjon. 

Bakgrunnsteori: Danielcellen ble oppfunnet av J.F. Daniell i 1836. I dag regner vi Danielcellen bestående av to halvceller (sinkstav i sinkioneløsning og kobberstaven i kobberioneløsning). Halvcellene er bundet sammen med en saltbro (elektrolytt). Når sinkstanga (negativ pol) og kobberstanga (positiv pol) kobles sammen med en ytre strømkrets, avgir danielcellen elektrisk energi. Det strømmer elektroner fra sinkstanga til kobberstanga gjennom lederen (saltbroen). Spenningen mellom polene i en daniellcelle er 1,1 V. 

Min hypotese for dette forsøket var at tørkepapiret ville fungere best som saltbro. Jeg trodde ikke at det ville bli produsert noe mer elektrisitet om jeg tilsatte ekstra med sink- og kobbersulfat i glassene. 

Utstyr:

2 begerglass

kobberstrimmel

sinkstrimmel

2 ledninger

voltmeter

2 krokodilleklemmer

tørkepapir

kaffefilter

sinksulfatløsning ZnSO4

kobbersulfatløsning Cu(SO4)2

kaliumnitratløsning.

Fremgangsmåte: Først hadde jeg lunket vann i to glass. Sinksulfatløsning ZnSO4 og sinkstrimmel i det ene, kobbersulfatløsning Cu(SO4)2 og kobberstrimmel i det andre. Deretter koblet jeg sink- og kobberstrimlene med hver sin ledning ved hjelp av krokodilleklemmene. De to ledningene koblet jeg så til voltmeteret. Deretter lagde jeg en saltbro mellom de to begerglassene. Saltbroa ble laget ved å fukte en remse tørkepapir eller et brettet kaffefilter, med kaliumnitratløsning. Papiret ble så bøyd slik at begge endene av papiret stakk ned i hvert sitt begerglass. Da skal lyspæren lyse. 

Resultater: Voltmeteret viste 0,9 V både ved bruk av kaffefilter og tørkepapir som saltbro. Selvom spenningen egentlig skulle vært 1,1 V, ble spenningen stor nok til at lyspæren lyste. Resultatet endret seg ikke da jeg tilsatte ekstra sink- og kobbersulfat. Cellepotensialet ble altså ikke påvirket av elektrolyttenes konsentrasjon. 

Den kjemiske energien ble overført til elektrisk energi, og er derfor en daniellcelle. Reaksjonslikningen for daniellcellen ser slik ut:

Zn(s) + Cu^2+ (aq)  --> Zn^2+ (aq) + Cu(s) + elektrisk energi
2e- ---->

Her ser vi at sink oksiderer og overfører elektroner til kobberet, som blir oksidert. Det begynner med at sinkatomer fra sinkstanga (negativ pol) avgir to elektroner. Elektronene går ut i løsningen og sinkstanga mister altså masse. Dermed blir Zn til Zn^2+. Kobberionene i det andre begeret er en positiv pol. Elektronene overføres gjennom den ytre kretsen (ledningene), til den positive polen, kobberhalvcellen (det andre begeret). Her tar kobberionenen opp to ioner. Cu ^2+ +2 e- blir redusert til Cu- atomer, som setter seg på koberstanga. Kobberstanga får dermed tilført masse. 

Sinkstanga (den negative pollen) ble altså oksidert og avga elektroner. Ved den positive polen (kobberstanga) skjedde det en oksidasjon, hvor det ble tatt opp elektroner. Elektrolytten leder strømmen og forbinder de to halvcellene.

Feilkilder:  Det var flere av mine medelever som fikk ulike resultater ved bruk av kaffefilter og tørkepapir som saltbro. Tørkepapiret ga gjerne et høyere utslag på voltmeteret, altså overførte det mer strøm. Én årsak til ulikheten, kan være at tørkepapiret har en mindre tett struktur, slik at stoffene lettere slipper gjennom. Ettersom spenningen mellom sinkstanga og kobberstanga egentlig er på 1,1 V, kan det være feilkilder også i mitt forsøk. Det kan være at papir ikke er det beste å bruke som saltbro, ford det gir ionene dårlig frakt, og ikke alt stoffet overføres. Det kan derfor lønne seg å bruke en annen saltbro.


Konklusjon:
I dette forsøket har vi fått en lyspære til å lyse, ved hjelp av det galvaniske element, som gir elektrisk energi. Vi har sett på ulike saltbroer, og faktorer som kan påvirke resultatet. Vi har også kommet frem til at det ikke blir produsert mer strøm, om vi øker elektrolyttens konsentrasjon.

 Oversikt over de ulike delene. 

Voltmeteret viser den elektriske spenningen.

kilder:

http://snl.no/Daniellcellen

Naturfag 3, kap. 6 Mobile energikilder, av Aschehoug

Forsøk: Vi brenner magnesium

For øyeblikket studerer jeg mobile energikilder. I dette forsøket skal vi se på hvordan magnesium reagerer med oksygengass. Min hypotese før jeg gjennomførte forsøket, var at det ville oppstå et kraftig lys, (lik et stjerneskudd) idet magnesiumet reagerer med oksygengassen.

Utstyr.
-Vernebriller
-Magnesiumbånd
-Porselenskål
-Digeltang
-Lighter

Resultat.
Ved hjelp av varmeenergi, ble magnesiumbåndet antent og et kraftig, men lite lys oppsto. Denne reaksjonen er en redoksreaksjon. Her foregår det en oksidasjon og en reduksjon. Magnesiumet blir oksidert fra å være et Magnesiumatom til å bli et magnesiumion, når de to elektronenene i det ytterste skallet, oksideres (overføres) til et oksygenatom i oksygenmolekylet. Reduksjonen foregår når Oksygenatomet reduseres til et oksidion, ved at det tar opp to elektroner fra Magnesiumatomet. O- atmoet har nå fylt opp det ytterste skallet, og reaksjonslikningen er balansert fordi det er like mange Mg- atomer som O-atomer.

Slik ser reaksjonslikningen ut:

2 Mg(s) + O2 (g) --> 2 MgO (s)

Denne reaksjonen kan også kalles en forbrenningsreaksjon, fordi et bennbart stoff (eks. magnesium) reagerer med oksygengass. Magnesiumet ble altså oksidert og Oksygenet redusert. Denne reaksjonen ga et nytt stoff, som liknet på et hvitt, kalk- lignende pulver. Resultatet av reaksjonen var saltet Magnesiumoksid (MgO).

Før Magnesiumbåndet ble antent.

 

i reaksjon.

Saltet Magnesiumoksid er dannet.

Redoksreaksjoner

Forsøk: å vaske kobber rent med ketchup.

Vi bruker 50-øringer og ketchup som utgangspunkt. Det er lov til å blande inn mer av stoffer som allerede er i ketchupen. Utstyr du vil trenge: en skitten 50-øring, ketchup, håndklepapir + (ekstra ingredienser fra ketchup.)

Min ”hypotese” før forsøket var å bruke litt ekstra eddik og salt fra ketchupen, for å få 50-øringen ekstra blank.

En redoksreaksjon er en reaksjon med en elektronoverføring, altså både en oksidasjon og en reduksjon. Ketchup er en svak syre, og inneholder eddikk. Jeg tilsatte dessuten ekstra eddik for å gjøre væsken mer syrlig. Kobberet, derimot, består av positivt ladde ioner og er en base. Syren (ketchup + eddik+ salt) nøytraliserer kobberet (basen) gjennom redoksreaksjonen.

Først ser vi på hvordan kobberet blir til kobberoksid.

Cu ->^2+  +2e^- (fra vanlig kobber til kobber på ioneform/ oksidering av kobber)

2Cu  + 2O--> 2CuO  (ioneform av kobber reagerer med oksygen og blir til kobberoksid.)

Eddikksyre reagerer med kobberoksid og danner kobberacetat + vann. I denne reaksjonen binder to hydrogenatomer seg med oksigenatomet fra kobberoksid og danner vann.

For at det skitne laget på 50- øringen skal forsvinne, må CuO (oksidert kobber) bli kvitt oksideringen (O) som gjorde kobberet til kobberoksid.

Slik:
2CH3COOH + CuO -> (CH3COO)2 Cu + H2O
    eddikk       kobberoksid     acetat

Eddiksyren reagerer med kobberoksid (CuO) og danner kobberacetat og vann.
Oksigenatomet fra kobberoksid binder seg til de to hydrogenatomene fra de to eddikksyre-molekylene og danner vann tilsammen. Dermed er kobberet blitt kvitt oksygenatomet, og oksidasjonen av 50-øringen. Jeg tilsatte, som tidligere nevnt, også salt. Dette er fordi salt som løses i væske, løser elektroner til ioner, som lettere reagerer med stoffer. Vi ser altså at 50-øringen er blitt ekstra fin og blank, ved tilsetningen av eddik og salt i ketchupen som vaskemiddel. 

 

 kilder: 

http://snl.no/eddiksyre

Naturfag 3, kap 6. Mobile energikilder, av Aschehoug