Plus sidor guld platina silver
Elektrokemi Metallernas spänningsserie
väte
Precis som vätejoner har metalljoner ett underskott av elektroner. Därför kan de ta upp elektroner från andra ämnen, också från andra metaller. Metaller har olika lätt för att lämna ifrån sig elektroner och bli joner. Ju svårare metallen har för att bli jon, desto ädlare är den. Man kan ordna metallerna i en serie med den ädlaste metallen överst och den minst ädla underst. En metall som står ovanför en annan metall kan ta elektroner från den undre. En ädlare metall oxiderar alltså en mindre ädel metall. Det här sättet att ordna metallerna har ett speciellt namn: den elektrokemiska spänningsserien. På bilden är metallerna ordnade efter hur bra de är på att oxidera varandra (göra varandra till joner). En metall kan oxidera alla metaller som ligger under den. Högst upp hittar du guld och de andra ädla metallerna. Skiljelinjen mellan ädla och oädla metaller går vid väte. Vätejoner drar till sig elektroner från de oädla metallerna så att de oxideras. Det är förklaringen till att oädla metaller löses och bildar salter i syror, samtidigt som vätgas bubblar iväg.
bly järn zink aluminium magnesium natrium kalcium
Om man lägger en bit zink i en lösning med kopparjoner, avger zinken elektroner till koppar jonerna och det bildas zinkjoner och metallisk koppar. Varför sker ingen reaktion när man stoppar en bit koppar i en lösning med zinkjoner?
Galvaniskt element Ett galvaniskt element lämnar elektrisk energi när det sker en kemisk reaktion i det galvaniska elementet.Om man sänker ner två olika metaller, så kallade elektroder, i en saltlösning uppstår det en elektrisk spänning mellan elektroderna som kan mätas med en voltmeter. Det här kallas ett galvaniskt element. I ett galvaniskt element avger den oädlare metallen elektroner och bildar därför en negativ pol. Den ädlare metallen bildar en positiv pol. Den oädlare metallen oxideras (förlorar elektroner) samtidigt som den ädlare metallen reduceras (tar upp elektroner). Det är denna redox-reaktion som gör att man kan utvinna energi ur det galvaniska elementet. Kemisk energi omvandlas till elektrisk energi.
182
Atomer, joner och kemiska reaktioner
5
+
Batteri koppar
V
Batterier är galvaniska element som har utformats för att vara praktiska att använda och dessutom ge mycket energi. Vanliga alkaliska batterier är uppbyggda som figuren intill visar. Zinkstaven i mitten är negativ pol, eftersom zink är oädel. Den är kopplad till botten av batteriet. Den positiva polen utgörs av mangandioxid och är kopplad till batteriets topp. Saltlösningen utgörs av kaliumhydroxid, som är en bas. Alkalisk betyder basisk. Till slut tar mangandioxiden i batteriet slut eller så går zinkbägaren sönder och batteriet börjar läcka. Då kan inte mer zinkmetall oxideras till zinkjoner och därför slutar elektronerna att strömma genom kretsen. Den kemiska energin är slut och därigenom också den elektriska energin. Eftersom många batterier innehåller giftiga tungmetaller, som bly och kadmium, ska ett batteri inte slängas med de vanliga soporna när det är slut. Detsamma gäller också apparater med inbyggda batterier. I stället ska batterierna och apparaterna läggas i speciella batteribehållare eller lämnas tillbaka till affären – om batterierna inte är laddningsbara förstås. I laddningsbara batterier kan man ladda batteriet genom att låta den kemiska reaktionen gå på andra hållet. Genom att tillföra elektrisk energi utifrån återskapar man kemisk energi i batteriet. När batteriet är laddat, kan man använda det på nytt. Ackumulera är ett annat ord för lagra och därför kallas ett laddningsbart batteri för en ackumulator. Ett bilbatteri är en ackumulator, men det finns även laddningsbara batterier som liknar vanliga ficklampsbatterier. N å g r a va n l i ga b at t e r i e r
Elektroderna i ett galvaniskt element måste vara 5-44 gjorda Ill av två olika metaller, för att det ska uppstå en elektrisk spänning mellan elektroderna.
Det finns en mängd olika typer av batterier, som i princip fungerar på samma sätt, men har helt olika uppbyggnad. I tabellen ser du sju exempel på olika batterier. Ta reda på hur de är uppbyggda, vad de innehåller, och till vad man använder dem.
5
mangandioxid
kaliumhydroxid
stålburk
zinkstav
– Alkaliskt+batteri brunsten
salmiaklösning
zinkhölje kolstav
–
Alkaliskt Silveroxid/ silverzink Kvicksilver Litium Nickel-metallhydrid (NiMH) Litiumjon (Li-ion) Blyackumulator
Atomer, joner och kemiska reaktioner
183