citronbatteri

Tja, vilken reaktion är det som sker? Börja där.

koppar reducerar Cu^2+ (aq)+ 2e^- ---> Cu (s)

järn oxiderar  Fe --> Fe^2+ + 2e^-

är det rätt

Nej, för du har inga kopparjoner.

Du får samma reaktion som om du hade lagt en bit järn i en sur lösning. Vilken?

så här menar du 

O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-.

Nej. Vad händer med en vätgasutdrivande metall, t ex järn, om den kommer i kontakt med en syra?

I en sur lösning finns det gott om vätejoner H⁺ (egentligen oxoniumjoner H₃O⁺, men man är ofta lite lat)

t.ex när järn reagerar med HCl så får vi 

Fe(s) + HCl(l) --> FeCl(s) + H2(g)

Principiellt rätt men du har använt fel formler och aggregationstillstånd. Den balanserade formeln ska vara:

$Fe(s)+2H^+(aq) \rightarrow Fe^{2+}(aq)+H_2(g)$

Kan du dela upp detta i en reduktion respektive en oxidation som du försökte göra tidigare i tråden?

Fe(s)+2H⁺(aq)→Fe²⁺+(aq)+H₂(g) är det korrekt att tänka att denna reaktionen sker vi minuspolen?

att vi pluspolen blir det en reduktion med koppar. Cu(s) + Fe²⁺(aq) -> Cu²⁺(aq) + Fe(s) ? Denna formeln bör ej stämma då koppar har högre elektronegativitet än Järn alltså borde det gå åt andra hållet på något sätt?

Nej, det är inte korrekt att tänka att det sker vid minuspolen. Däremot är det en sammanfattning av cellreaktionen, d.v.s. vad som sker totalt sett i citronen. Du kan dela upp reaktionen i en oxidation och en reduktion.

Är det vätejoner eller järnatomer som oxideras? Skriv reaktionen för oxidationen. Detta är reaktionen vid minuspolen.

Är det vätejoner eller järnatomer som reduceras? Skriv reaktionen för reduktionen. Detta är reaktionen vid pluspolen.

Men på så sätt använder vi ingen Cu eller, varför?

Fe(s)—> Fe^+2 + 2e

2H^+ + 2e —> H2

är det rätt

Det är Järn som oxideras.. oxidationen är således Fe(s) -> Fe²⁺(aq) + 2e^-

Det är Vätejoner som reduceras.. 2H⁺(aq) + 2e^- -> H₂(g)

är dessa korrekt?

Bra, det är rätt!

Du borde ha en lista med normalpotentialer för dessa två reaktioner i din lärobok så att du kan ta reda på hur stor spänning man får ut från citronbatteriet.

I uppgiften vill de att du resonerar lite kring batteriet. Du borde besvara följande saker: 

• Kan man öka spänningen genom att välja några andra metaller?
• Vad händer med minuspolen om man låter elektroderna stå kvar i citronen under lång tid? Kan man få en reaktion även om batteriet inte används? Det kallas för självurladdning.
• Har det någon betydelse vilken citron man använder, eller snarare hur sur och stor citronen är?
• Har elektrodernas storlek någon betydelse? Kan du få lika stor ström från ett batteri med elektroder som har liten kontaktyta med citronen jämfört med om kontaktytan vore större?

Om jag uppfattar det rätt så går elektroner åt till att bilda vätgas. Vilka är då laddningarna som skapar ström i citronbatteriet? Järnjoner(Fe²⁺)?

Edit: Förstår nu att det vandrar elektroner från järnspiken till kopparspiken. Vid pluspolen sker det en reaktion med citronsaften mellan dess elektroner och vätejonerna i den sura citronsaften. Detta gör att kopparspiken inte blir "fylld" av elektroner och strömmen kan fortsätta. hur låter det?

Strömmen uppstår då järnatomerna vid minuspolen avger elektroner som sedan vandrar via en yttre krets till pluspolen där de tas upp av vätejoner. Då skapar man positiva joner vid minuspolen men tar bort positiva joner vid pluspolen. Detta skapar en laddningsbarriär som gör att elektronerna får svårare att vandra iväg, men det finns andra, negativa joner i citronen (t.ex. citratjoner) som kan vandra till minuspolen och ta bort överskottet av negativ laddning. Samtidigt kan en del av järnjonerna vandra mot pluspolen och ta bort underskottet av positiv laddning. På så sätt kan elektronerna fortsätta att flöda mellan elektroderna.

Själva kopparelektroden deltar egentligen inte i reaktionen, utan fyller två andra funktioner:

1) Den leder elektroner från kretsen ut till vätejonerna.

2) Den ser till att det finns en potentialskillnad (dvs spänning) mellan elektroderna. Om du hade haft två järnelektroder istället hade ju båda haft lika stor förmåga att oxideras och avge elektroner. Ska då strömmen flyta från den ena till den andra elektroden eller åt andra hållet? Den ena elektroden måste lättare kunna avge elektroner för att en spänning ska uppstå. Järn har lättare att ge ifrån sig elektroner än koppar, så det är vid järnelektroden oxidationen kommer att ske.

En följdeffekt av detta är att du inte skulle kunna öka spänningen genom att byta ut koppar mot en mer ädel metall, t.ex. silver. I teorin. I praktiken skulle spänningen ändå öka när batteriet används eftersom silver är en bättre ledare än koppar och därför sänker batteriets inre resistans, vilket i sin tur ger en högre polspänning. Det får du lära dig mer om i fysikkurserna där inre resistans brukar tas upp. Dessutom är silver mindre korrosionsbenäget än koppar, vilket gör att citronbatteriet troligen skulle gå att använda längre in i framtiden om man tar silver istället för koppar.

Nu fick du lite hjälp på vägen. Finns det något mer och framför allt viktigare man skulle kunna göra för att förbättra batteriet? Vad händer om du lämnar en bit järn ståendes i en citron under lång tid? 

Edit: Förstår nu att det vandrar elektroner från järnspiken till kopparspiken. Vid pluspolen sker det en reaktion med citronsaften mellan dess elektroner och vätejonerna i den sura citronsaften. Detta gör att kopparspiken inte blir "fylld" av elektroner och strömmen kan fortsätta. hur låter det?

Ja, det är helt korrekt men det är inte det man vill veta i uppgiften. Hur kan man göra för att förbättra batteriet, eller egentligen vilket batteri som helst?

Spänningen bör väl bli högre om man byter ut kopparspiken mot en guldspik? Enligt ems = E_pluspol- E_minuspol

Om Epluspol är större och Eminuspol är oförändrad kommer ems att bli större.

Addera fler citroner ger mer spänning, om byter elektroden med en annan metal med lägre resitivitet vet dock inte om detta påverkar batteriets livslängd?  Större och surare citroner skulle ha fler antal vätejoner vilket skulle öka dess livslängd?

Låter man järnspiken vara kvar där under en längre period börjar järnet att korrodera, alltså att järnet oxideras och blir rostigare och därför har sämre batterilängd?

Spänningen bör väl bli högre om man byter ut kopparspiken mot en guldspik? Enligt ems = Epluspol- Eminuspol

Om Epluspol är större och Eminuspol är oförändrad kommer ems att bli större.

E står för normalpotentialen hos reaktionen som sker, dvs reduktion av vätejoner i pluspolens fall. Så nej, du kan inte öka ems genom att använda guld.

Addera fler citroner ger mer spänning, om byter elektroden med en annan metal med lägre resitivitet vet dock inte om detta påverkar batteriets livslängd?  Större och surare citroner skulle ha fler antal vätejoner vilket skulle öka dess livslängd?

Fler citroner ger högre spänning förutsatt att du seriekopplar dem. Vad händer om du parallellkopplar dem istället?

Lägre resistivitet har samma effekt som det jag försökte förklara med silver, dvs det sänker den inre resistansen. I princip får du då minskad värmeförlust, vilket gör att du kan använda batteriet längre till vad det var tänkt för.

Större och surare citroner innebär också att du kan använda batteriet längre innan det tar slut.

Låter man järnspiken vara kvar där under en längre period börjar järnet att korrodera, alltså att järnet oxideras och blir rostigare och därför har sämre batterilängd?

Rätt! Hur förhindrar du detta? Kan du välja någon annan metall som ger batteriet en högre polspänning?

Om vi parallellkopplar dem så vi får längre tid med lägre spänningen 

är det rätt??

Ja det är rätt. 

"Låter man järnspiken vara kvar där under en längre period börjar järnet att korrodera, alltså att järnet oxideras och blir rostigare och därför har sämre batterilängd?

Rätt! Hur förhindrar du detta? Kan du välja någon annan metall som ger batteriet en högre polspänning?"

Att man använda zink istället för järn kan ge batteriet en högre polspänning?

Jag tror att det kan inte förbättra livslängd för batteriet, har jag rätt?

Större och surare citroner innebär också att du kan använda batteriet längre innan det tar slut.

Beror det på antal vätejoner som ska finnas? varför?

alex skrev:

"Låter man järnspiken vara kvar där under en längre period börjar järnet att korrodera, alltså att järnet oxideras och blir rostigare och därför har sämre batterilängd?

Rätt! Hur förhindrar du detta? Kan du välja någon annan metall som ger batteriet en högre polspänning?"

Att man använda zink istället för järn kan ge batteriet en högre polspänning?

Jag tror att det kan inte förbättra livslängd för batteriet, har jag rätt?

Rätt!

alex skrev:

Större och surare citroner innebär också att du kan använda batteriet längre innan det tar slut.

Beror det på antal vätejoner som ska finnas? varför?

Du förbrukar vätejoner när batteriet används enligt reaktionerna du har skrivit här ovan. Finns det fler vätejoner så räcker batteriet längre.

varför ökar spänningen om man byter ut järn mot zink?

Är det på grund av att zink är en mer oädel metall än järn?

Blossa skrev:

varför ökar spänningen om man byter ut järn mot zink?

 

Är det på grund av att zink är en mer oädel metall än järn?

Ja, det stämmer. Potentialskillnaden blir större. Man kan se det som att (Gibbs fria) energi minskar mer när det är zink istället för järn som avger elektronee och bildar joner.

Teraeagle skrev:

Bra, det är rätt!

Du borde ha en lista med normalpotentialer för dessa två reaktioner i din lärobok så att du kan ta reda på hur stor spänning man får ut från citronbatteriet.

I uppgiften vill de att du resonerar lite kring batteriet. Du borde besvara följande saker: 

• Kan man öka spänningen genom att välja några andra metaller?
• Vad händer med minuspolen om man låter elektroderna stå kvar i citronen under lång tid? Kan man få en reaktion även om batteriet inte används? Det kallas för självurladdning.
• Har det någon betydelse vilken citron man använder, eller snarare hur sur och stor citronen är?
• Har elektrodernas storlek någon betydelse? Kan du få lika stor ström från ett batteri med elektroder som har liten kontaktyta med citronen jämfört med om kontaktytan vore större?

på den sista punkten. Vad händer isåfall om elektroderna är stora respektive små?

samt vad händer med de som har lite respektive stor kontaktyta?

" Motivera
utförligt och grunda ditt svar i kemiska reaktionsformler."

Förstår inte riktigt frågan hur man ska motivera med kemiska formler??

Läs igenom tidigare inlägg i tråden, där står vilka reaktioner som sker (detta menas med ”grunda ditt svar i kemiska reaktionsformler”).

Större kontaktyta påverkar inte spänningen, eller det kan det göra vid icke-ideala förhållanden (dvs strunta i det). Däremot kan batterier leverera en större ström om kontaktytan är större eftersom det är fler elektroner som kan tas upp och avges på fler ställen.

Borde inte reduktionsreaktionen skrivas istället? :O

$2 H_3{O}^{+} \left(aq\right) + 2 e^{-} \to H_2 \left(g\right) + 2 H_{2}O \left(l\right)$

Det är samma reaktion så båda alternativen går bra.