Sitronbatteri

Sitronbatteri

Vi skal enkelt lage et batteri. Det eneste vi trenger er to ulike stoffer som fungerer som to poler, og en væske som kan lede strøm.

Utstyrsliste 
Sitron
Galvanisert spiker
Femtiøring
Strømledninger
Krokodilleklyper
Måleapparat

Bakgrunnsstoff

Et batteri lagrer energi i kjemisk form, og energien blir til strøm når den aktiveres. Den kjemiske energien vil da bli overført til elektrisk energi. Spenningskilden i et batteri kaller vi en galvanisk celle. Reaksjonen som danner elektrisk energi i batteriet kaller vi en redoksreaksjon.

Hva er en redoksreaksjon?

-For å forstå hvordan et batteri fungerer, må vi forstå hva en redoksreaksjon. I en redoksreaksjon går elektroner fra et stoff til et annet. Stoffet som avgir elektroner blir oksidert, og stoffet som ta opp elektroner, blir redusert.

-En detaljert forklaring:

-Vi kan enkelt illustrere reaksjonen ved bruk av 2 kar, et sinksulfat og et kobbersulfat. Dette er løsninger som inneholder frie sinkioner, kobberioner og sulfationer.

-Vi kobler dem sammen med en saltbro, gjennom denne broen kan sulfationene bevege seg fritt. Broen inneholder en saltløsning som gjør det mulig å utjevne ladningsfordeling i de to karene.

-I karet med sinksulfat legger vi en sinkspiker. Ved legger så en kobberspiker i kobbersulfatet. De to spikerne kobles deretter sammen med en ledning og på ledningen kobler vi en lyspære. På denne måten kan vi se at det går strøm.

-Lyspære lyser når strømmen går og dette kalles en redoksreaksjon.

-Vi kan se på spenningsrekka, som er i boksen. Vi finner både sink og kobber. Ioner kan ta elektroner fra atomer som befinner seg høyere opp i spenningsrekken. Det er nettopp dette som skjer i eksempelet vårt. Kobberioner i karet til høyre får elektroner fra sinkatomene i sinkspikeren i karet til venstre. For at disse elektronene skal overføres må de bevege seg gjennom ledningen, det går dermed en strøm.

-Det som detaljert skjer er at sinkatomet fra sinkspikeren gir fra seg to elektroner, vi får et sinkion. Elektronene beveger seg gjennom ledningen, sinkionene går ut i løsningen. På kobbersiden kommer elektronene gjennom ledningen og et kobberion fester seg til spikeren når det mottar to elektroner. Vi dermed dannet et kobberatom på kobberspikeren.

-Sinkatomer i spikeren går ut i løsningen når elektronene frigis, sinkspikeren blir dermed mindre og mindre. Kobberspikeren derimot blir større og større, den mottar elektroner. Dette kalles en galvaniskcelle og er prinsippet bak batterier. Et galvanisk element omdanner nemlig kjemisk energi til elektrisk energi. 

I et batteri har vi alltid to elementer med forskjellig plass i spenningsrekken brukes til å tvinge elektroner gjennom en elektrisk krets. Jo lenger de står fra hverandre i rekken, jo større spenning er det mellom dem. Vanlige batterier fra butikken bruker ofte nikkel og kadmium.

-Batterier er av to typer- de som kan lades opp, og de som ikke kan lades opp. I batteriene foregår reduksjon og oksidasjon ved hver sin elektrode. For de oppladbare batteriene kan reaksjonene gå begge veier, i engangsbatteriene går reaksjonen bare den ene veien.

 

Hypotese:
Jeg tror ikke at sitronbatteriet kan regnes som et effektivt batteri, men jeg mener likevel at den kan lede noe strøm. Stoffene i kobberelektroden og magnesiumelektroden, samt sitronsaften, vil lede denne strømmen. Sitronsaften er elektrolytten. 

Fremgangsmåte:
Vi startet med å lage to hull i sitronen, hvor metallene skulle festes. I det ene hullet plasserte vi femtiøringen, i det andre plasserte vi det metallet vi skulle teste ut. Vi satte deretter en strømleder på de to forskjellige elementene. Disse ledningene koblet vi også til et måleapparat. 

Vi prøvde først å bruke en sink-spiker, dette ga oss et lite uslag, men var vanskelig å måle. Deretter byttet vi til metallet magnesium. Dette ga et betydelig større utslag. Hvis vi ser på spenningsrekke, så forstår vi raskt grunnen. Magnesium ligger lenger fra kobber, enn hva sink gjør. Vi får dermed en større spenning mellom metallene. 



Redoksreaksjonslikning

2Cu + Mg

Reduksjon:
2Cu + 2(e-) = 2Cu 1-
Dette er en reduksjon. De to kobberatomene får et elektron hver, og har dermed et elektron mer enn protoner i kjernen.

Oksidere
Mg - 2(e-) = Mg 2+
Dette er en oksidasjon. Magnesiumatomet gir fra seg to elektroner, og har dermed to elektroner mindre enn protoner i kjernen.

Konklusjon:
Sitronbatteriet ledet noe strøm, men ikke mye. Grunnen er at væsken i sitronen ikke
fungerer like godt som elektrolytt, som den vil gjøre i en annen saltløsning. I sitronen finner vi andre stoffer i tillegg. Vi så at vi fikk et større utslag mellom kobber og magnesium, dermed kan vi se at spenningsrekken fungerer. Kobber og magnesium har større avstand enn kobber og sink.

Galvanisk element:

Den engelske kjemikeren John Frrederic Daniell lagde en galvanisk celle i 1886. Den bestod av en sinkstang i en sinkløsning og en kobberstang i kobberløsning. Denne type daniellecelle kan levere elektisk energi.

Utstyr:
Natriumsulfat
Kobbersulfat
Sinksulfat
Begerglass
Sinkstang
Kobberstang
Glass-stav
Voltmeter
Papir
Lyspære
Ledninger

Vi starter med å blande sinkløsning i et begerglass, og kobberløsning i et annet. I sinkbadet legger vi en sinkstang (sinkelektrode), i kobberbadet legger vi en kobberstang (kobberelektrode). Vi kobler en ledning til hver elektrode, som vi igjen plugger i voltmeteret. Her skal vi måle spenningen i daniellcellen. Vi legger papiret i en løsning med natriumsulfat og vann, dette blir saltbroen. Den legger vi så mellom de to glassene.

Konklusjon:
Med en tykk saltbro som inneholder en sterk løsning, ble spenningen målt opp mot 0,9 volt. Dette er relativt effektivt, i og med at en danielcelle kan måles opp til 1,1 volt.

Likningen i denne redoksreaksjonen er:
Cu2(+) + 2e(-) --> Cu
Kobberløsningen går fra å være flytende, til å bli et fast stoff. Den mottar elektroner og får full pott i ytterste skall.

Zn --> Zn^2(+) + 2(e-)
Sink går fra å være fast stoff, til flytende. I løsningen finner vi dermed positive sinkioner og to negative sinkelektroner overføres gjennom saltbroen.

Kobbertråden: 

Vi lager en sølvløsning og legger kobbertråd ned i denne løsningen. 

Teori: Kobber og sølv ligger over hverandre i spenningsrekken, jeg tror derfor at vi vil se en reaksjon.

Fremgangsmåte:
Vi blandet et bad med sølvnitratløsning og la kobbertråden ned i blandingen. Det første som skjedde var at tråden ble svart, etter kort tid ble den grå. Vi observerte at det la seg ett grått belegg på kobbertråden, vannet ble blått.

Konklusjon:
Grunnen til at denne reaksjonen oppstår er at vi får en redoksreaksjon i badet. Kobberet gir fra seg sine elektroner, og sølvet tar de til seg. Kobber oksideres og blir dermed løsningen i vannet, sølvet blir til fast stoff og reduseres. Ser vi på spenningrekken oppdager vi at sølv befinner seg lenger ned enn kobber, dermed vil den reduseres.