Redoxreaktioner

Redoxreaktioner
Sid 313-323
I häftet
Elektrisk ström
• Elektrisk ström är elektroner i rörelse
• Denna fördjupningskurs handlar bland annat om hur batterier
fungerar.
• Ett galvaniskt element är ett batteri
• Nästa föreläsning kommer att handla om hur man kan driva
reaktioner med hjälp av elektricitet, sk elektrolys.
• I grunden handlar det om hur vissa ämnen gärna lämnar ifrån sig
elektroner medan andra hellre tar emot dem.
Oxidation
• När ämnen avger elektroner kallas det för oxidation.
• Metaller har oftast en eller två valenselektroner.
• De släpper lätt ifrån sig sina valenselektroner för att nå
ädelgasstruktur.
• Vilket grundämne
• Na
• Vilken laddning får Na om den
tappar sin valenselektron?
• Na+
Syreatomen
Reaktion med syre
• När en metall reagerar med syre sker en oxidation av metallen.
• 4 Na + O24Na+ +4 e- +2O 4Na+ + 2O2-2Na2O
Reduktion
• När en atom upptar elektroner kallas det för reduktion
• T.ex. när syremolekylen O2 tar upp fyra elektroner och bildar 2
syrejoner.
• O2 + 4 e-  2 O2• Syre har reducerats
• Dvs syret har tagit emot elektroner
• Ordet reduktion betyder ”minska”
• Syrets laddning har minskat från 0 ( neutralt ) till -2
Oxidation + Reduktion = REDOX
• För att ett ämne ska lämna ifrån sig elektroner förutsätter det att
något annat ämne tar emot elektronerna.
• För att ett ämne ska oxideras måste ett annat ämne reduceras.
• Därför sker alltid dessa reaktioner samtidigt.
• Reaktionen kallas därför REDOX
• REDOX reaktion
REDOX mellan zink och koppar
• Ett zinkbleck sätts ned i en
lösning med kopparjoner.
• Zinkmetallen släpper ifrån sig
elektroner som tas upp av
kopparjonerna.
• Zinkblecket får en beläggning av
koppar
• Zink oxideras och kopparjonerna
reduceras
• REDOX
Ädlare metaller tar elektroner från oädlare
metaller
• Väte är ingen metall
• En metall som befinner sig till
vänster om väte kommer att
släppa ifrån sig elektroner om vi
sätter ned metallen i en syra.
• Metallen oxideras
• Väte i syran reduceras
• Det bildas vätgas
• Ämnen långt till vänster är
starka reduktionsmedel
Förutsäga en reaktion
• Aluminiummetall och silverjoner
•
Silver är ädlare än Aluminium
• Al + 3Ag+
• Al + 3Ag+Al3+ +3 Ag
• Aluminium oxideras
• Silverjoner reduceras
• REDOX
• Aluminiumjoner och silvermetall
• Al3+ +Ag
• I denna situation är silver redan i
metallform. ( grundämne)
• Silver kommer inte att bli en
negativ jon.
• Det händer ingenting
Oädel metall + ädelmetall i jonform= REDOX
• Det krävs alltså en oädel metall och en ädlare metall.
• Den ädla metallen måste vara i jonform för att en reaktion ska ske
• Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu
• Men
• Fe2+ + Cu ger ingen reaktion
Galvanisk korrosion och offeranoder
• Vi har redan berört dessa ämnen tidigare i kursen.
• Använd elektrokemiska spänningsserien och förklara
• Ge ett exempel på galvanisk korrosion.
• Ge ett exempel på en offeranod.
Batterier
Redoxreaktioner som ger ström
• Principen för ett galvaniskt element:
• Två metaller som ligger långt ifrån varandra på elektrokemiska
spänningsserien.
• En jonlösning som elektronerna kan röra sig igenom.
• Sladdar och en lampa
Ett alkaliskt batteri
• Det kallas alkaliskt batteri
eftersom elektrolyten är basisk.
• Pluspolen är en kolstav med ett
tunt lager mangandioxid.
• Minuspol är zink
• Zn Zn2+ +2e- ( ox)
• Mn2+ +2e-Mn ( red)
• Batteriet slutar leverera ström
när manganjonerna tar slut.
Zn  Zn2+ +2e- (ox)
Cu2+ + 2e- Cu ( red)
Citronbatteri
• Två metaller zink och koppar
• Citronsaft, sur elektrolyt som
innehåller vätejoner H+.
• Elektroner frigörs när zink
oxideras
• Elektronerna rör sig genom
sladden till lampan och
kopparen
• Överskott av elektroner
reducerar vätejoner till vätgas
Forskning pågår
• Ett problem med dagens energiförsörjning är svårigheten att lagra
energi.
• Vi använder i allmänhet mer energi på dagen än på natten.
• Den energi vi får från vattenkraft eller kärnkraft går för fullt dygnet
runt.
• Vi skulle kunna spara energi om vi kunde lagra den bättre.
• Forskning för att framställa bättre batterier pågår för fullt.
• Ett effektivt batteri är t.ex. lithium-jon batterier (Li-jon-cell) som t.ex.
finns i mobiltelefoner.
• Man forskar särskilt på hur snabbt man kan ladda t.ex. ett batteri till
en elbil
Bränslecellen
• Bränslecellen är ett intressant
forskningsområde.
• Elektricitet med hjälp av vätgas
och syrgas
• Enda restprodukt är vatten
• Tyvärr, än så länge dyrt.
• Miljövänligheten beror på hur
vätgas framställs
Primär- och sekundärbatteri
• Ett primärbatteri kan inte laddas upp på nytt.
• Ett sekundärbatteri är laddningsbart.
• Ett annat ord som används för ett laddningsbart batteri är
ackumulator.
• Bilbatterier kallas även ackumulatorer.
• Traditionella bilbatterier sk blyackumulatorer använder Bly och
blyoxid som minus och pluspol. Elektrolyten består av H2SO4
• Därför är återvinning av blyackumulatorer särskilt viktig.
Luigi Galvani och Alessandro Volta
• Luigi Galvani upptäckte att om
man vidrörde en nerv på en död
groda med ett instrument av
järn och mässing så rykte en
muskel till.
• Alessandro Volta byggde vidare
på Galvanis forskning och
presenterade det första batteriet
omkring år 1800
• Voltas stapel
• Forskningsmetoderna kunde
vara direkt livsfarliga.
Voltas stapel
• Runda skivor av koppar
• Rund skivor av zink
• Papper indränkt med en syra