Galvaniska element
Syfte
Att undersöka galvaniska element.
Material
• Apelsin
• Voltmeter
• Koppar (Cu)
• Järn (Fe)
• Zink (Zn)
• Nickel (Ni)
• 1,5 V batteri
• 9 V batteri
Hypotes
Jag tror inte att spänningen kommer att vara
stor mellan zink och järn eftersom de ligger
bredvid varandra i spänningsserien.
Spänningen kommer att bli störst mellan den
ädlaste och den oädlaste metallen.
Utförande
Vi stoppade ner två järnbitar åt gången med
1 cm mellanrum i apelsinen och undersökte
hur stor spänningen var mellan dem med
hjälp av en voltmeter. Anledningen till att vi
hade ett mellanrum mellan metallerna var för
att det inte skulle bli kortslutning. Det vill
säga att elektronerna passerar direkt från en
metall till den andra istället för att vandra
genom voltmetern. Om elektronerna inte
passerar kan man inte mäta spänningen.
Resultat
Metall 1
Metall 2
Spänning (V)
Cu
Fe
0,445
Cu
Zn
0,858
Cu
Ni
0,381
Zn
Fe
0,471
Zn
Ni
0,481
Ni
Fe
0,065
Slutsats
Metaller av olika ädelhet som sänks ner i en elektrolyt får en elektrisk spänning mellan sig.
Metallerna bildar alltså elektroderna i ett galvaniskt element. En elektrolyt är en jonlösning
och vi använde oss av en apelsin när vi gjorde vårt experiment. En apelsin innehåller
citronsyra och syror är kemiska föreningar som kan avge vätejoner. Alla syror består av en
eller flera karboxylgrupper.
När man kopplar ihop elektroderna med en metalltråd omvandlas den kemiska energin till
elektrisk energi. Den oädlare metallen oxideras i jonlösningen och omvandlas till joner. De
överblivna elektronerna vandrar genom metalltråden till den ädlare metallen. Den oädlare
metallen blir anod och den ädlare blir katod. De positiva vätejonerna i citronsyran dras till
elektronerna som vandrat till katoden. Vätejonerna och elektronerna bildar tillsammans
vätgas.
Det här händer med zink och koppar som elektroder
Anod: Zn → Zn2+ + eKatod: 2 H+ + 2 e- → H2
Beroende på hur långt ifrån varandra de olika metallerna ligger i spänningsserien blir
spänningen olika stor. Ju längre ifrån varandra
desto större spänning och närmre desto mindre
spänning. Av de metaller vi undersökte låg
koppar och zink längst ifrån varandra.
Detta är ett galvaniskt element. Ett galvaniskt
element ger energi och är en så kallad exoterm.
Batterier är galvaniska element som består av
starka syror med många joner och ju större
skillnad det är på ädelheten i elektroderna desto
mer volt ger batterierna. Batterier fungerar som
experimentet med apelsinen men de ser
annorlunda ut.
Brunsten
Strömledare av mässing
Ett alkaliskt batteri har ytterst ett hölje av stål.
Innanför det finns ett lager av brunsten som är
indränkt i kaliumhydroxid. Mellan zinkpulvret och
brunstenen finns ett lager av porös plast som
släpper igenom jonerna men hindrar brunstenen
och zinken från att blanda sig med varandra.
Även zinkpulvret är indränkt i kaliumhydroxid. Det
finns en strömledare av mässing som är kopplad
till zinken och en annan metall som är kopplad till
brunstenen.
Brunsten (mangandioxid) är en kemisk förening
av manganjoner och oxidjoner. När man får en
sluten strömkrets vandrar elektronerna från zink
till manganjonerna. Manganjonerna tar upp en
elektron var. Detta gör att zink blir minuspol (anod) och brunsten pluspol (katod).
Zinkpulver
Det här händer i ett alkaliskt batteri
Anod: Zn → Zn2+ + eKatod: Mn4+ + e- → Mn3+
Ett brunstensbatteri fungerar ungefär som ett
alkaliskt batteri men zink och brunsten har bytt
plats. Inuti ett 9 V batteri finns 6 st alkaliska
batterier som vardera är 1,5 V.
9 V batteri
Felkällor
Det är inte säkert att vi hade metallerna på exakt
samma avstånd från varandra och på så sätt kan spänningen mellan dem blivit olika.
