Sitronbatteri og daniellcellen

Elevøvelse nr. 4,
Noah Skullestad, 3MKB
Åssiden VGS

Bakgrunnsteori

Elektrisk strøm er elektroner på vandring mellom ulike atomer, og fremstilles med andre ord av redoksreaksjoner. 

I et sitronbatteri er det redoksreaksjonen som oppstår mellom to poler som overføres fra kjemisk til elektrisk energi når elektronene går gjennom en ytre strømkrets. Sitronen er en elektrolytt. Vi lager altså et batteri.

Spenningskilden i et slikt batteri, kalles et galvanisk element. Det galvaniske elementet består alltid av to poler og én elektrolytt. Metallet som står lengst til venstre i spenningsrekka, blir den negative elektroden, mens metallet som står lengst til høyre blir den positive elektroden. Strømretningen går fra den positive til den negative elektroden, selv om elektronene vandrer fra den negative polen til den positive polen. 

En annen måte å demonstrere et galvanisk element, er gjennom daniellcellen. Daniellcellen består av to halvceller og en saltbro. En halvcelle kan være en elektrode i en ioneløsning som inneholder bevegelige ioner. Saltbroen inneholder en elektrolytt som ikke blander de to løsningene som leder strøm. Den lukker strømkretsen ved å overføre salt- og natriumioner fra løsningen som reduserer.

Del 1 - Sitronbatteri

Hypotese

Min hypotese er at vi får høyest spenning når vi bruker to metaller som er lenger unna hverandre på spenningsrekka, enn to som er nærmere på spenningsrekka.

Utstyr

• Kobber (Cu)
• Sink (Zn)
• Magnesium (Mg)
• Bly (Pb)
• Stålull
• To ledninger
• To krokodilleklemmer
• En sitron (eller annen sitrusfrukt)
• Voltmeter

Fremgangsmåte

Rull sitronen godt får å få den så saftig som mulig. Rens metallene med stålullen, slik at de er så rene som mulig, og plasser to og to av dem i sitronen. Koble de til voltmeteret med ledninger og krokodilleklemmer. Test ut ulike kombinasjoner av metallene.

Resultat

 Kobber, magnesium, bly og sink

 Magnesium og sink. 

 Bly og kobber.

 Magnesium og kobber.

 Magnesium og stålull.

 Sink og magnesium.

 Sink og kobber.

Spenningsrekka: 

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

 Metallene vi har brukt er markert i blått.

1. Kobber og bly: 0,1 volt
2. Kobber og magnesium: 0,6 volt
3. Kobber og sink: 0,3 volt
4. Magnesium og sink: 0,3 volt
5. Bly og sink: 0,2 volt
6. Magnesium og bly: 0,5 volt
7. Magnesium og stålull: 0,4 volt

Konklusjon

Vi fikk høyest spenning mellom kobber og magnesium. Dette samsvarer med hypotesten vår, siden disse to metallene er de som er lengst unna hverandre i spenningsrekka av de vi brukte. 

Likevel burde vi kunne fått en spenning på opp i mot 1 volt. Mulige feilkilder kan være at vi ikke rullet sitronen godt nok, eller at metallene ikke ble renset nok med stålull.

Del 2 - Daniellcellen

Hypotese

Vår hypotese er at vi i dette forsøket får en høyere spenning enn i det forrige.

Utstyr

• Tre begerglass
• To dioder (En i sink (Zn) og en i kobber (Cu)
• Natriumsulfat (Na2SO4)
• Sinksulfat (ZnSO4)
• Kobbersulfat (CuSO4)
• To ledninger
• To krokodilleklemmer
• Voltmeter
• Papir

Fremgangsmåte

Bland ut natriumsulfat, sinksulfat og kobbersulfat med vann i hvert sitt begerglass. Putt kobber-dioden i kobbersulfatet, og sinkdioden i sinksulfatet. Koble disse til voltmeteret ved hjelp av ledninger og krokodilleklemmer. Dynk papir i natriumsulfat, og putt hver ende i hvert av begerglassene med sinksulfat og kobbersulfat, for å lage en saltbro.

Resultat

Her ser vi daniellcellen som gir en spenning på ca. 0,9 volt.

I denne redoksreaksjonen vil elektronene vandre fra sinksulfatet til kobbersulfatet. Sinksulfatet vil altså oksidere, mens kobbersulfatet vil redusere. Med andre ord er det sinksulfatet som er den negative polen, og kobbersulfatet som er den positive. Det vil også si at sinkpolen er anoden, og kobberpolen er katoden.

For å finne potensialet til denne daniellcellen, eksperimenterer vi med mengde papir, og hvor dynket den er i natriumsulfat. Etter å ha prøvd ut mye forskjellig, finner vi ut at denne daniellcellen kan produsere en spenning på 0,9 volt.

Reaksjonen kan vi vise i en kjemisk reaksjonslikning:

Delreaksjonene:
Oksidasjonen av anoden, sinksulfatet, som lett avgir elektroner.
Zn(s) à Zn²⁺⁽aq) + 2<sup>e-

Reduksjonen av katoden, kobbersulfatet, som lett mottar elektroner.</sup>
Cu²⁺(aq) + ^2e- à Cu2(s)


Hovedreaksjonen:
Zn(s) + Cu²⁺(aq) à Zn²⁺⁽aq) + Cu(s) + elektrisk energi

Konklusjon

Vi konkluderer med at daniellcellen kan produsere mer strøm enn sitronbatteriet. Vi ser at spenningen er høyere. Likevel kan vi også se at forskjellen ikke er veldig stor, og at det også her kan være feilkilder som at metallet ikke var renset godt nok og allerede var oksidert/reduserte. 

Kilder:

http://ndla.no/nb/node/14709?fag=7

http://www.termwiki.sprakradet.no/wiki/Halvcelle