Galvaniske elementer

Vi utførte to sammenhengende forsøk for å lære mer om galvaniske elementer. Et galvanisk element vil si at det omdanner kjemisk energi til elektrisk energi. Det første forsøket var som en oppvarming og innhenting av bakgrunnskunnskap til det andre. For å lage et galvanisk element trenger vi to forskjellige metaller, som ligger unna hverandre i spenningsrekka så de kan reagere i en redoksreaksjon, og en elektrolytt (en væske som leder strøm). I det  første forsøket lagde vi et sitronbatteri. Da var sitronsaften elektrolytten. Vi satte ulike metaller i sitronen og koblet til et voltmeter. Resultatet så vi opp mot spenningsrekka. For å best mulig utnytte sitronen som elektrolytt trilla vi den med press for å skvise ut safta inni sitronen.

Vi prøvde å bruke sink (Zn) og kobber (Cu). Siden sink kommer før kobberet på spenningsrekka var det den vi plugget i som katode og kobberet som anode.

Li, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au, Pt

Dette ble resultatet:

Vi prøvde også bly (Pb) sammen med kobber (Cu), som står veldig nærme hverandre i spenningsrekka. Da var bly katode og kobber anode. Så prøvde vi magnesium (Mg) sammen med bly (Pb), der magnesium var katode og bly anode.

Li, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au, Pt

Dette ble resultatene:

Videre testet vi også magnesium sammen med to ulike biter med kobber; en kobbertråd og en kobbermynt.

Li, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au, Pt

Dette ble resultatet:

Kobber og kobber er jo det samme, de ulike spenningene kan derfor skyldes for eksempel at kobbermynten vår ikke var ren nok, den var oksidert.

 _________________________________________________________

Det andre forsøket vi utførte var å lage en daniellcelle. Daniellcellen består av en elektrolytt og to halvceller; sinkhalvcelle og kobberhalvcelle. Sinkhalvcellen, som er katoden, var en sinkstang (Zn) i sinksulfatløsning (ZnSO₄) og kobberhalvcellen, som er anoden, var en kobberstang (Cu) i kobbersulfatløsning (CuSO₄).  Vi koblet halvcellene sammen med elektrolytten som i dette forsøket var et papirtørkle dyppet i natriumsulfat (Na₂SO₄).

Spenningen i et galvanisk element kalles elektromagnetisk spenning. Batteriet vi nå har laget vil fortsette å gi elektromagnetisk spenning så lenge stoffet i katoden (altså sinkstanga) fremdeles er der og kan oksideres. Det er nemlig slik batteriet fungerer, vi fremkaller akkurat samme redoksreaksjon som i forsøket ”Enkle redoksreaksjoner ” ( http://naturfagsblogg-marianne.blogspot.no/2015/10/vi-tok-for-oss-et-enkelt-forsk-der-vi.html ). I stedet for at redoksreaksjonen skjer direkte mellom stoffene har vi plassert reaksjonen i en strømkrets. Vi kobler strømkretsen opp til et voltmeter og ser følgende:

Vi brukte et tykkere papirtørkle og så at dette skapte økt spenning. Det er fordi elektrolytten nå kan frakte flere elektroner og redoksreaksjonen skjer fortere. Som vi ser her:

Videre koblet vi fem batterier sammen for å få mest mulig spenning:

 

Så byttet vi ut voltmeteren med en liten lyspære (NB: lyset er svakt):

Enkle redoksreaksjoner

Vi tok for oss et enkelt forsøk der vi testet ut hvordan ulike metallioner reagerer med hverandre, og tok da utgangspunkt i spenningsrekka: (de uthevede stoffene var de vi testet med)

Li, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Au, Pt

Vi startet forsøket med å blande ut sinksulfatløsning (ZnSO₄) i et begerglass med vann og kobbersulfatløsning (CuSO₄) i et annet. I sinksulfatet la vi en tvinla kobbertråd (vi tvinla den for å få en større overflate, så et eventuelt resultat skulle være tydeligere) og i kobbersulfatet la vi en sink-bit.

Deretter blandet vi sølvnitratløsning (AgNO₃) i et tredje begerglass med vann, og la en lignende tvinlet kobbertråd oppi.

Basert på bakgrunnskunnskapen hadde vi gjort oss opp en hypotese i forkant av forsøket:

Sølv har høy spenning og trekker sterkere på elektronene enn kobber gjør. (Det ser vi utifra spenningsrekka- sølv (Ag) ligger lenger til høyre enn kobber (Cu)) Kobberet blir dermed ionisert (mister elektronene) og er ikke lenger et metall, men et salt, og vil da løse seg ut i vannet mens sølvet vil legge seg på kobberbiten, gradvis mens kobberet løses ut.

Sølv har høyere spenning enn kobber, men kobber har høyere spenning enn sink (Zn). Jeg tror dermed at kobbertråden i sinksulfatet vil reagere likt som i hypotesen over, mens sinkbiten i kobbersulfat-løsningen ikke vil reagere fordi sinken ikke trekker sterkt nok på elektronene.

Det skjedde ingenting med kobbertråden i sinksulfatløsningen. Det er fordi, som tidligere nevnt, at kobber ligger lenger til høyre i spenningsrekka enn sink, som vil si det holder fastere på elektronene sine. Sinket i kobbersulfatløsningen derimot, så vi forandring med en gang; sinket fikk et svart belegg. Kobberet i blandingen trekker til seg elektronene i sinkbiten og dermed legger det seg gradvis et kobberbelegg på sinkbiten, mens sinket løses ut i blandingen.

Her ser vi kobbertråden (Cu₅) som ikke reagerer i sinksulfatløsningen.

Sink-biten (Zn₅) reagerte i kobbersulfatløsningen med en gang.
Oksidasjon: Zn -> Zn²⁺ + 2e^-

Reduksjon: Cu²⁺ + 2e^- -> Cu

Kobbertråden i sølvnitratet reagerte også med en gang.

Oksidasjon: Cu -> Cu²⁺ + 2e^-

Reduksjon: Ag²⁺ + 2e^- -> Ag

Vi fikk også anledning til å se hvordan redoksreaksjonene ville se ut etter vi hadde latt blandingene stå i en time, og til og med etter en uke.

(Etter en time)

(Etter en time)

(Etter en uke)

Etter en uke

Alle kobbersalter er blå, vi ser da at når kobbertråden har ligget i sølvnitratløsningen i en uke har kobberet blandet seg med vannet. Nå er det ikke mer kobbertråd igjen inne i sølvet.