KEMI Föreläsning inför det Nationella provet i kemi ELEKTROKEMI

En presentation över ämnet: "KEMI Föreläsning inför det Nationella provet i kemi ELEKTROKEMI"— Presentationens avskrift:

1 KEMI Föreläsning inför det Nationella provet i kemi ELEKTROKEMI
Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

2 Elektrokemin Elektrokemi handlar om elektroner som hela tiden är i
rörelse Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

3 Galvanisk historia Luigi Galvani, 1737 – 1798
Gjorde experiment med grodlår och elektricitetsom ledde till dagens batterier Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

4 Atomer och joner – en sann kärlekssaga
Lite stålull släpps ner i en bägare med kopparsulfatlösning. Kärlek uppstår! Järnatomerna blir järnjoner och kopparjonerna blir kopparatomer. Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

5 Redox-reaktion -2e- +2e-
Kopparjonerna upptar e-, reduceras och järnatomerna avger e-, oxiderar -2e- +2e- Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

6 - Kopparatomer kan bli kopparjoner - -
Cu - Cu2+ - - Cu (s) – 2e Cu2+ Kopparjoner kan bli kopparatomer Cu Cu2+ + - - Cu e Cu (s) Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

7 För att det ska bli mer begripligt så tittar vi på...
Hur är det möjligt? Fe - 2e- → Fe2+ Järnatomer blir järnjoner (ox) - Cu2+ + 2e- → Cu Kopparjoner blir atomer (red) = Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu Alltså……. Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu För att det ska bli mer begripligt så tittar vi på... Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

8 Spänningsserien - ädla och oädla metaller
I spänningsserien ordnas metaller efter hur ädla de är. Oädla metaller kallas väteutdrivande, därför står väte (H) mellan de ädla (hö) och oädla metallerna (vä). Li K Ca Na Mg Al Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au Oädla metaller Ädla metaller Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

9 Kort om spänningsserien
Metallerna har olika lätt att ge ifrån sig e- och bli joner. Ju ädlare metall desto svårare att ge ifrån sig e-. En metall som är ädlare än en annan kan ta e- från den oädlare. Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

10 Varför spänningsserie?
Ordningen talar om vilka ämnen man kan använda för att t.ex. alstra energi i ett galvaniskt element. Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

11 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. Galvanism = elektriska strömmar som bildas när två olika metaller binds samman av en jonlösning. e- e- Pluspol e- e- Minuspol Zn - Cu + (aq.) Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

12 Ett vanligt brunstensbatteri
Metallanslutning Kolstav Zinkcylinder Brunsten (+Kolpulver) Ammoniumklorid (salmiak) Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

13 Fler icke laddningsbara batterier
A. Kan ej laddas Alkaliska (basiska)batterier : skiljer sig från det vanliga brunstensbatteriet genom ökad livslängd och spänning, tålighet mot kyla, samt elektrolyten som innehåller kaliumhydroxid och zinkpulver. Silveroxidbatteriet (knappbatteri): Pluspolen är silveroxid Ag2O.Minuspolen är zinkoxid. Kan innehålla kvicksilver. Litiumbatteriet Metallen litium minuspol, brunsten pluspol. Dyrt men varar länge. T ex i pacemakers. Göran Sellberg, Annika Adolfsson

14 Laddningsbara batterier
I ett vanligt batteri: Me → Me2+ + 2e- När alla atomer övergått till jonform är batteriet slut I ett laddningsbart batteri: Sedan kör vi reaktionen baklänges: Me2+ + 2e- → Me Nu är batteriet laddat och vi kan få ut ström igen: Göran Sellberg, Annika Adolfsson

15 Ackumulator (latinska ordet ackumulera betyder samla)
Ett laddningsbart batteri kallas ackumulator Nickel-metallhydrid-ackumulator Blyackumulator Bil, motorcykel mm Litiumjonbatteri Bärbar dator t.ex Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

16 Olika laddningsbara batterier
B. Kan laddas (sekundära batterier eller ackumulatorer). Nickel-kadmium-batteri (NiCd): i princip förbjudet inom EU, men kan finnas i vissa handverktyg. Minuspol:kadmium Nickel-metallhydridbatteriet (NiMH): Pluspol Nickeloxid (NiO). Minuspol: metall-väte-legering. Anses miljövänligt Litium-jonbatteriet: Pluspol litiumoxid, minuspol grafit. Vanligt i mobiler, datorer m.m. . Göran Sellberg, Annika Adolfsson

17 Batteriinsamling Många batterier innehåller tungmetaller som vi inte vill ha ut i naturen. Slänger du ett batteri som innehåller kvicksilver, bly eller kadmium i soporna, går alltså tungmetallen ut i luften när soporna bränns, och sen vidare in i ekosystemet till djur och natur. Där stannar de kvar. Det betyder alltså att om du äter kött eller fisk som utsatts för till exempel kvicksilver, bly eller kadmium, så förs tungmetallerna över till din kropp. Det är en av anledningarna till att det är så viktigt att gå till återvinningen med dina batterier. Alla batterier ska därför samlas in! Göran Sellberg, Annika Adolfsson

18 Bilbatteri Består av blyplattor i svavelsyra.
Två blyplattor ger ingen ström. Varför? Laddat bilbatteri: Pluspol blyoxid, minuspol rent bly Varje cell ger 2 volt. För att få 12 V seriekopplas 6 celler. Även ett uppladdningsbart batteri blir med tiden utslitet. I bilbatteriet blir blysulfatet grovkristallint Göran Sellberg, Annika Adolfsson

19 Bilbatteriet Göran Sellberg, Annika Adolfsson

20 Bränslecellen Bränslecell: Pluspol: metallplatta med syrgas,
minuspol: metallplatta med vätgas. Vätgas + syrgas → vatten + energi minuspol pluspol Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

21 Bränslecell Minuspol: Vätgas → vätejon + elektron(ström) Pluspol: Syrgas → syreatom + elektron(från minuspolen) → oxidjon (syrejon) Därefter : vätejon + oxidjon(syrejon) ger vatten Göran Sellberg, Annika Adolfsson

22 Är bränslecellen miljövänlig?
Det beror på hur vi framställer vätgasen och syrgasen! Bra alternativ: vatten + solel (dyrt!) Annat bra alternativ: metanol (från skogsavfall) kan ge vätgas (under utveckling) Göran Sellberg, Annika Adolfsson

23 Korrosion (från franska ordet corrodere = gnaga sönder)
Metaller reagerar med syror och fuktig luft och fräts sönder Göran Sellberg, Annika Adolfsson

24 Varning!! Kopplar du ihop vattenledningar av olika metaller kan de bilda ett svagt galvaniskt element och börja läcka, eller om man spikar ett koppartak med järnspik kan det lossna. Göran Sellberg, Annika Adolfsson

25 Korrosion hos järn När järn korroderar kallas det rost. Rost är en kemisk förening av järn, syre och vatten. Järn rostar lättare i fuktig luft. Järn rostar lättare i salt luft (Västkusten) Göran Sellberg, Annika Adolfsson

26 Förhindra korrosion Metaller kan målas.
Metaller kan täckas med en oädlare metall. T ex kan spikar förzinkas. Då bildas zinkoxid på ytan som skyddar mot angrepp. Om det blir en repa i zinkoxiden så järnet kommer fram så får vi ett galvaniskt element – då blir zinken till jonform, järnet förblir i atomform. Offeranod – fartygsplåt av stål skyddas genom att man sätter på zinkklumpar på skrovet. Den oädlare zinken korroderar istället för järnet – den ”offrar” sig Göran Sellberg, Annika Adolfsson

27 Anodisering av aluminium
Aluminium korroderar inte. I luft bildas ett skyddande skikt av aluminiumoxid. Om man vill göra det tjockare kan man göra det genom en elektrisk process som kallas anodisering eller eloxering Göran Sellberg, Annika Adolfsson

28 Elektrolys Positiv – Anod Negativ –Katod PANK
Göran Sellberg, Annika Adolfsson

29 Viktiga ord om elektrolys
Elektrolys: Att leda elektricitet genom en elektrolyt (jonförening). Att omvandlas joner i elektrolyten till atomer med ström. Elektrolyt: En lösning (vätska) som innehåller joner. Jon: Laddade atomer eller molekyler. Anod: Den elektrod som är kopplad till pluspolen. PANK: En minnesregel: Positiv anod negativ katod. Elektrod: En stav (av metall eller kol) kopplad till en strömkälla. Oxidation: En reaktion där elektroner avges (lämnas iväg). Reduktion: En reaktion där elektroner upptas (tas emot). Redoxreaktion: En reaktion där både ox. och red. sker. Göran Sellberg, Annika Adolfsson

30 Elektrolys av kopparklorid
Kopparklorid består av kopparjoner Cu2+ och kloridjoner Cl- Kloridjonerna vandrar till anoden, lämnar ifrån sig en elektron, klorgas bildas. Cl- → Cl + e- Cl + Cl → Cl2 Kopparjonerna vandrar till katoden, plockar upp elektroner, kopparatomer bildas. Cu e- → Cu Göran Sellberg, Annika Adolfsson

31 Elektrolys Joner i lösningen (elektrolyten)
omvandlas till atomer eller molekyler. Används tex vid förgyllning, förkromning mm. Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©

32 Framställa ämnen Viktiga ämnen kan framställas genom elektrolys:
EX: Vatten kan sönderdelas i vätgas och syrgas EX: Natriumklorid kan sönderdelas i natrium och klor Natrium får sedan reagera med vatten. Då bildas natriumhydroxid och väte. Natriumhydroxid behövs vid framställning av tvål, tvättmedel och pappersmassa Göran Sellberg, Annika Adolfsson

33 Framställa ämnen Aluminium framställs genom elektrolys.
Ur marken hämtas bauxit och sen renas aluminiumoxid fram, Al2O3. Vid elektrolysen löses Al2O3 så att aluminiumjonerna Al3+ blir fria. De dras till minuspolen där de tar upp elektroner och aluminiumatomer bildas. Stora mängder elektricitet går åt! Det är därför vi ska återvinna aluminium! Göran Sellberg, Annika Adolfsson

34 Elektrolys av saltsyra
Saltsyra, HCl, innehåller joner H+ och Cl- Vid anoden bildas klorgas och vid pluspolen bildas vätgas Göran Sellberg, Annika Adolfsson

35 Det är coolt att vara smart!!
Kom ihåg! Det är coolt att vara smart!! Göran Sellberg, Annika Adolfsson Göran Sellberg ©