29 svar
351 visningar
alex är nöjd med hjälpen!
alex 152
Postad: 10 maj 2019

citronbatteri

Hej

kan någon förklara detta och hur ska jag börja?

Fyra seriekopplad citron med hjälp av järnspik, kopparspik och kablar. Vilka faktorer begränsar citronbatteriets livslängd, dvs hur länge det kan hålla lampan lysande? Motivera
utförligt och grunda ditt svar i kemiska reaktionsformler. Diskutera också olika sätt hur du kan öka
livslängden på ett batteri?

Tack

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

alex 152
Postad: 10 maj 2019

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?

alex 152
Postad: 10 maj 2019

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)

alex 152
Postad: 10 maj 2019

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)Fe2+(aq)+H2(g)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?

Apex 62
Postad: 11 maj 2019

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.

alex 152
Postad: 11 maj 2019

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

Fe(s)—> Fe^+2 + 2e

2H^+ + 2e —> H2

är det rätt

Apex 62
Postad: 11 maj 2019

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?

Teraeagle Online 6981 – Moderator
Postad: 11 maj 2019 Redigerad: 11 maj 2019

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?
Apex 62
Postad: 11 maj 2019 Redigerad: 11 maj 2019

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?

Teraeagle Online 6981 – Moderator
Postad: 11 maj 2019 Redigerad: 11 maj 2019

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?

Apex 62
Postad: 11 maj 2019

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.

 

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?

Teraeagle Online 6981 – Moderator
Postad: 11 maj 2019 Redigerad: 11 maj 2019

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?

alex 152
Postad: 11 maj 2019

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

är det rätt??

Ja det är rätt. 

alex 152
Postad: 12 maj 2019 Redigerad: 12 maj 2019

"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?

alex 152
Postad: 12 maj 2019

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.

Blossa 90
Postad: 14 aug 2019 Redigerad: 14 aug 2019

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.

Blossa 90
Postad: 14 aug 2019
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?

Blossa 90
Postad: 14 aug 2019

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

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

Teraeagle Online 6981 – Moderator
Postad: 14 aug 2019 Redigerad: 14 aug 2019

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.

Svara Avbryt
Close