Galvanisk element

Forsøk utført 5.5.14 av Nora Toiviainen 

Hensikt: Skape et galvanisk element (her batteri), og forstå hvorfor det som skjer, skjer. Legge kjøtt på bena når det gjelder elektrokjemi.

Utstyr: Voltmeter, ledninger som kan føre strøm, kobberstang, sinkstang, lyspære, ampere-meter, kobberløsning, sinkløsning, natriumløsning (salt), kopper til løsningene (tre stk.) og papir. Til del to trengs sølvnitrat, og kobbertråd.

Teori: En galvanisk celle gir elektrisk energi. Ved å bruke en sinkstang i en sinkløsning og en kobberstang i en kobberløsning, får vi en Daniellcelle. Den består av to halvceller, metallstengene. Halvcellene er forbundet sammen med hjelp av en saltbro. Den inneholder en løsning som leder strøm (elektrolytt), men som ikke lar løsningene i de to halvcellene blande seg. Den deltar altså ikke i redoksreaksjonen, den sørger bare for at kretsen er lukket. I en daniellcelle går kjemisk energi over til elektrisk energi. Spenningen mellom polene kalles den elektromagnetiske spenningen. Det går elektroner fra sinkstanga til kobberstanga gjennom den ytre strømkretsen. Det som skjer er en redoksreaksjon, som er en av de vanligste reaksjonstypene vi kjenner til. Celleånding, fotosyntese, rusting og surning av melk er noen få eksempler. I en redoksreaksjon vil energi skapes ved at et stoff gir fra seg elektroner gjennom en leder frem til et annet stoff som får mer. Den som gir fra seg oksiderer, og den som tar i mot reduseres. Dette høres ulogisk ut, men ettersom det er negative elektroner som blir gitt fra, vil den som gir ha flere positive, og vokse, og den andre bli mindre.

Metode: Vi fyller ca 200 ml vann i tre beger. I den ene skal sinkløsning, i den andre kobberløsning og siste fylles med natriumløsning. I begeret med saltet legger du det som skal være saltbroen. Vi startet med kanten av et kaffefilter, men det var litt for tynt, så vi rullet sammen to tørkepapir og brukte det i stedet. Mens papiret vætes kobler vi til ledninger til de to metallstengene, og legger dem i deres løsning. Zinkstangen blir den negative polen, og kobberet den positive. Deretter kobler vi ledningene til voltmeteret og legger den våte saltbroen med en ende i hvert av karene med metaller. Deretter er det bare å vente spent.

Hypotese: Ettersom vi leste litt om forsøket i boken tror jeg danielcellen vår vil nå rundt 1 volt. Potensialet er på 1,1 v.  

Observasjon og drøfting: Vi ser etterhvert at voltmeteret begynner å bevege seg. Til slutt havner pilen på 0,8 volt. En av grunnene til at vi ikke kunne nå helt til potensialet (1,1 v) kan være at saltbroen ikke ledet så godt, at vi hadde for lite av løsningene i karene osv. Allikevel viser tallet vårt at vi har gjort det riktig, og at cellen skaper energi. Vi hadde ikke i stengene lenge nok til å se at kobberet (den positive polen, hvor det skjer en reduksjon) fikk mer masse. Det samme gjelder zinkstangen, som ville blitt mindre. Reaksjonen er: Zn(s) + Cu2+(aq)   >  Zn2+ (aq) + Cu(s)   + elektrisk energi

På siden av dette forsøket la vi også en kobbertråd i sølvnitrat. Her fikk vi se metallet reagere. I sølvnitratet vil kobberet oksideres ettersom sølv ligger lenger over kobber i spenningsrekken. Kobberet vil altså gi fra seg elektroner, og belegget vi raskt ser legge seg på kobberet er sølv. Det klare begeret blir etterhvert blått ettersom sølvnitratet går over til å bli en kobber-løsning. Ligger det lenge nok vil det bli kobbersulfat fremfor sølvsulfat.

Konklusjon: Vi klarte å lage et galvanisk element, og vi lærte i tillegg mer om redoksreaksjon ved å legge kobber i sølvnitrat. Et galvanisk element kan være vanskelig å forstå, ettersom vi ser veldig lite av reaksjonen, bortsett fra voltmeteret som viser at noe skjer. I sølvnitratet ser vi raskt reaksjonen, noe som også ga det galvaniske elemtentet mer mening. Avstanden mellom kobberet og sølvet i spenningsrekken gjør at reaksjonen skjer fortere, enn mellom zink og kobber som i tillegg har en saltbro mellom seg. Spennende forsøk, som ga mye mer forståelse enn ord i en bok gjorde.