Videogenomgång (flippat klassrum)
Inledning
Vad händer om man stoppar ned ett zinkbleck i en kopparsulfatlösning?
Zinkbleck i kopparsulfatlösning.
- Oxidation: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e‑
- Reduktion: Cu2+(aq) + 2e‑ → Cu(s)
- Redox: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Elektronerna utför i detta experiment ett arbete: Det utvecklas värme (reaktionen är exoterm). Frågan är, hur kan man utnyttja detta?
- Vi separerar reaktionerna!
Koppar-zink-elementet (Daniells element).
Rita upp zinkbleck + ZnSO4 i ett kärl, kopparbleck + CuSO4 i ett kärl bredvid.
- Fråga eleverna, händer det något?
Nej, vi behöver en yttre ledning också!
Rita in en yttre ledning + lampa (X). Fråga eleverna, händer det något? Nej! Varför inte?
Vad krävs det för att det skall bli en ström?
- Det måste finnas rörliga, laddade partiklar.
Finns det rörliga, laddade partiklar?
- Ja.
Det måste vara en sluten krets: De laddade partiklarna samlas inte (gärna) på ett ställe. De måste gå runt.
Hur skall vi lösa detta?
- Sladd från ena bägaren till den andra?
God idé, men de laddade partiklarna (jonerna) i bägaren kan inte vandra genom sladden.
- En sladd som kan transportera joner?
Mycket bra idé!
- Hur skall den vara utformad: En saltbrygga!
Rita in en saltbrygga, fylld med natriumsulfatlösning.
Rita in i vilken riktning elektronerna går (från Zn → Cu)
Rita in i vilken riktning strömmen är definierad att gå (från Cu → Zn)
Rita in minuspol (Zn(s)) och pluspol (Cu(s)).
Mot pluspolen dras de positiva jonerna (katjonerna, Cu2+).
Mot minuspolen dras de negativa jonerna (anjonerna, \({\sf \text{SO}_4^{2-}}\))
Daniell-elementet
John Frederic Daniell (1790-1845). Det vi nu har gjort kallas ett galvaniskt element. Just detta galvaniska element kallas ett Daniell-element, efter dess uppfinnare John Frederic Daniell (1790-1845).
- Ett intressant faktum är att under 1700-talet betraktades elektricitet som en intressant kuriositet, och en del för den tiden ansedda vetenskapsmän betraktade det t.o.m. som fullständigt nonsens att ägna sin tid åt sådant.
Batterier
Batteri = galvanisk cell: En strömkälla
Det sker en spontan redoxreaktion
- Reaktanterna får inte komma i direktkontakt med varandra.
Vid (-)polen sker oxidation (elektroner avges)
Vid (+)polen sker reduktion (elektroner upptas)
Elektronerna vandrar genom en yttre ledning
Jonerna vandrar genom en saltbrygga
Demonstration av Voltas stapel.
Demo
Ett kopparbleck + ett zinkbleck, filterpapper emellan. Håll samman med ett gem av plast.
Koppla blecken till en liten motor
Spruta lite svavelsyra över filterpappret
- Motorn börjar röra sig!
Vad händer?
Vid zinkblecket (minuspol):
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e–
Italienaren Alessandro Volta uppfann år 1800 ett batteri med sammankopplade koppar-zink-element. Volta har också fått ge namn åt enheten för elektrisk spänning, volt. Vid kopparblecket (pluspol):
2H+(aq) + 2e– → H2(g)
- Detta är i princip detsamma som den galvaniska cell som brukar kallas Voltas stapel!
Cellscheman
En galvanisk cell kan man visst rita upp med burkar och ledningar och allting.
- Men man förenklar ju gärna.
- Det gör man i ett cellschema.
Cellschema för Daniells element (koppar-zink-elementet):
– Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) +
Minuspol till vänster, pluspol till höger.
Enkelt tvärstreck ("|") markerar en fasgräns
Ibland har man dubbelstreck ("||") till att markera gräns mellan två lösningar, ibland ett streckat streck ("⋮")
Brunsten är ett annat ord för mangandioxid, MnO2. Därför kallas ett sådant här batteri för ett brunstensbatteri.
Brunstensbatteriet
Anekdot om sär skrivning!
"Använd vanliga brunstens batterier!"
- Brunst!? Inte behöver man väl batterier för att komma i brunst!? ;-)
Reaktioner i cellen:
(–)pol (ox.): Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e‑
(+)pol (red.): 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e‑ → Mn2O3(s) + 2OH–(aq)
Cellreaktion: 2MnO2(s) + H2O(l) + Zn(s) → Mn2O3(s) + 2OH–(aq) + Zn2+(aq)
Cellschema: (–) Zn(s) | Elektrolyt | MnO2(s) (+)
