Elektrokemi Elektroner i rörelse

Vad händer om man lägger en järnspik i en kopparlösning? Järnspiken kommer att frätas upp och det bildas koppar på botten av bägaren. Vad har hänt? Jo, elektrokemi!

Atomer och joner – en sann kärlekssaga Elektrokemi handlar om hur atomer blir joner och hur joner blir atomer, bara genom att lämna elektroner till varandra. Sann kärlek! Hur det går till? Följ med till atomernas och jonernas värld!

Vad hände alltså med järnspiken och kopparlösningen? Järnatomerna lämnade ifrån sig elektroner och blev till järnjoner. Kopparjonerna tog upp elektronerna och blev till kopparatomer. Man kan också skriva det så här: Fe → Fe2+ + 2e- Järnatomer blir järnjoner Cu2+ + 2e- → Cu Kopparjoner blir atomer

En kärlekssaga som kallas Redox-reaktion En metall som tar upp elektroner reduceras. En metall som lämnar ifrån sig elektroner oxideras. I vårt experiment: Kopparjonerna tog upp elektroner, alltså reduceras kopparn. Järnatomerna lämnade ifrån sig elektroner, alltså oxideras järnet. När metaller lämnar elektroner till varandra blir det en redox-reaktion: Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu 2e-

Finns det någon nytta med redox-reaktioner? Ja, när elektroner rör sig uppstår elektricitet! Det kan man utnyttja för att skapa ett batteri. e- e-

Galvanisk historia Luigi Galvani, 1737 – 1798 Gjorde experiment med grodlår och elektricitet som ledde till dagens batterier.

Ett batteri är ett galvaniskt element Galvaniskt element = två olika metaller som sänks ner i en jonlösning. Mellan de båda metallerna får man en elektrisk spänning, spontan reaktion. Galvanism = elektriska strömmar som bildas när två olika metaller binds samman av en jonlösning. e- e- e- e- Zn - Cu +

Hur bygger man ett batteri? När elektronerna vandrar från den ena metallen till den andra uppstår elektricitet (=en ström av elektroner) Man använder sig av två olika metaller. Metallerna är nedsänkta i en jonlösning. Metallerna är förbundna med kopplingssladdar via t.ex. en lampa.

Hur fungerar ett batteri? Vid minuspolen: Zinkatomer blir zinkjoner och fria elektronerna som går genom lampan och den lyser. Zn→ Zn2+ + 2e- Vid pluspolen: Elektronerna som gått genom lampan fortsätter genom kopparmetallen och ut i lösningen. Där tas de upp av kopparjoner som omvandlas till kopparatomer. Cu2+ + 2e- → Cu Jonlösningen behövs för att elektronerna ska ha en lösning att ”vandra i”.

Hur kan det bli så? Olika metaller har olika lätt att ge ifrån sig elektroner och bli joner: En oädel metall ger lätt ifrån sig sina elektroner. En ädlare metall har svårare att ge ifrån sig elektroner. Därför kan den ädlare metallen ta elektroner från den oädlare. Den ädlare metallen påverkas inte.

Spänningsserien - ädla och oädla metaller I spänningsserien ordnas metaller efter hur ädla de är. Ju längre till höger i spänningsserien en metall står, desto ädlare är den. Väte (H) kan ibland uppföra sig som en metall, och ligger mellan de oädla och ädla metallerna. K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au Ädla metaller Oädla metaller

Varför finns väte i spänningsserien? Om man lägger en oädel metall i en syra så fräts metallen sönder = metallen omvandlas till metalljoner och fria elektroner. En syra innehåller vätejoner (H+). Två vätejoner tar upp två fria elektronerna och det bildas vätgas (H2). T.ex.: Fe → Fe2+ + 2e- och 2 H+ + 2e- → H2 Oädla metaller kallas därför väteutdrivande metaller, och är anledningen till varför väte står mellan de ädla och oädla metallerna.

Vilka metaller kan man använda i ett batteri? En spänningsmätare talar om vilka metaller man kan använda för att alstra energi i ett galvaniskt element. Ju längre ifrån varandra två metaller ligger i spänningsserien, desto mer ström kan batteriet ge.

Det finns olika slags batterier Alkaliska batterier till bärbara bandspelare och cd-skivor, kameror (t.ex. AA, AAA) Knappceller till armbandsur, miniräknare, hörapparater Olika litiumbatterier till t.ex. mobiltelefoner

Ackumulator (latinska ordet ackumulera betyder samla) Ett laddningsbart batteri kallas ackumulator Nickel-metallhybrid-ackumulator Blyackumulator Litiumjonbatteri

Blyackumulator Används som startbatteri i bilar, båtar, mopeder, mm

Korrosion – ett oönskat galvaniskt element När metaller utsätts för fuktig luft uppstår en spontan redox-reaktion. Metallerna kan frätas sönder. (från franska ordet corrodere = gnaga sönder)

Hur skyddas metaller från korrosion? Det är framför allt järn som vi vill skydda från korrosion (vi säger att järn rostar). Det finns olika rostskydd: Rostfritt stål = En legering av järn + krom + nickel Galvanisering = Ett ytlager av en metall som är oädlare än järn, t.ex. zink (förzinkning) Offeranod = På utombordsmotorer och på stora fraktbåtar av järn sätter man ofta på plattor av zink som ”offrar” sig så att inte järnet ska rosta.

Varning! Kopplar du ihop vattenledningar av olika metaller kan de bilda ett svagt galvaniskt element och börja läcka..

Elektrolys Joner i lösning omvandlas till atomer. Kan användas för att utvinna rena metaller, t.ex. aluminium ur bauxit. Används även för att ge metallföremål en vacker yta, t.ex. förgylla, förkroma etc.

Hur går elektrolysen till? Två stavar sänks ner i en jonlösning och kopplas till en strömkälla. Positiv - Anod Negativ - Katod På katoden kommer det att bildas en metall-beläggning, beroende på vilken metall som finns i jonlösningen.

Elektrolys av kopparklorid Kopparklorid, CuCl2, innehåller Cu2+ och Cl- Vid katoden bildas koppar och vid anoden bildas klorgas. Metoden kan användas för att förkoppra ett föremål. Katod: Cu2+ + 2e- → Cu Anod: 2 Cl- + 2e- → Cl2