Galvaniska element – del 3: Varför behövs elektrolytlösningar och ett membran eller saltbrygga PDF

Galvaniska element – del 3: Varför behövs elektrolytlösningar och ett membran eller saltbrygga Niklas Dahrén Innehållet i de olika delarna: Galvaniska element - del 1: Introduktion till galvaniska element Galvaniska ele...

Galvaniska element – del 3: Varför behövs elektrolytlösningar och ett membran eller saltbrygga Niklas Dahrén Innehållet i de olika delarna: Galvaniska element - del 1: Introduktion till galvaniska element Galvaniska element - del 2: EMK och normalpotentialer Galvaniska element - del 3: Varför behövs elektrolytlösningar och ett membran eller saltbrygga?  Galvaniskt element med zink och koppar - - Elektroner rör - sig - från minuspolen till pluspolen - - - - Anod(-pol) Katod (+pol) Elektrolytlösning Elektrolytlösning Zn+ Negativa joner rör sig mot anoden Zn2+ Cu Cu Zn2+ Cu2+ Kopparelektrod SO42- SO42- Zinkelektrod - - Poröst membran Zn2+ Zn2+ Cu Cu Relativt SO42- SO42- Relativt elektronöverskott elektronunderskott (minuspol) Zn2+ Zn2+ Zn2+ Cu2+ Cu(pluspol) Cu - - - Oxidation: Reduktion: - - - Zn à 2e- + Zn2+ Positiva joner rör sig mot katoden Cu2+ + 2e- à Cu  Galvaniskt element med zink och koppar ü Zink-koppar-elementet består av två metallelektroder gjorda ü Drivkraften för det galvaniska elementet är skillnaden i av zink resp. koppar som är doppade i en varsin elektrolyt- laddning mellan anoden och katoden. Skillnaden i laddning lösning. Elektrolytlösningarna består av zinksulfat resp. kallas för elektrisk spänning. Anoden har ett relativt kopparsulfat. Mellan lösningarna finns, i det här exemplet, elektronöverskott och blir därför minuspol. Katoden har ett ett poröst membran (som tillåter jonvandring). relativt elektronunderskott och blir därför pluspol. - - Elektroner- rör sig - från minuspolen till pluspolen - - - - Anod(-pol) Katod (+pol) Elektrolytlösning Elektrolytlösning - - Zn+ Negativa joner rör sig mot anoden Zn2+ Cu Cu Zn 2+ Cu2+ Kopparelektrod SO42- Zinkelektrod - Poröst membran - Zn2+ SO42- I elektrolytlösningen runt katoden finns ett Zn2+ starkt oxidationsmedel (Cu2+) som attraherar Cu Cu och plockar upp elektroner från katoden. Relativt SO42- Tack vare detta kan detSO 2- relativa 4 elektron- Relativt elektronöverskott underskottet upprätthållas på katoden. elektronunderskott (minuspol) Zn2+ Zn2+ Zn2+ Cu2+ Cu(pluspol) Cu - - - Oxidation: Reduktion: - - - Zn à 2e- + Zn2+ Positiva joner rör sig mot katoden Cu2+ + 2e- à Cu Vid anoden finns en metall (Zn) som lätt oxideras så Vid katoden finns en metall (Cu) som har relativt svårt att det uppstår ett relativt elektronöverskott på att oxideras vilket ger ett relativt elektronunderskott anoden (i jämförelse med katoden). på katoden (i jämförelse med anoden).  Vi måste ha en elektrisk spänning (EMK) mellan anod och katod ü Om vi ska få till en elektronvandring från anoden till katoden måste det uppstå ett tydligt överskott av elektroner på anoden (fler elektroner jämfört med protoner), jämfört med katoden. Vi måste alltså ha en laddningsskillnad mellan anoden och katoden, annars kommer inga elektroner börja vandra. ü Elektrisk spänning (EMK): Laddningsskillnaden (eller potentialskillnaden) mellan anoden och katoden kallar vi för en elektrisk spänning (eller EMK). ü En elektrisk spänning mellan anoden och katoden skapas genom: § Att vi väljer olika metaller till anoden resp. katoden och att dessa skiljer sig åt när det gäller deras förmåga att oxidera och bilda joner. Endast då kommer vi få ett elektronöverskott på den ena elektroden jämfört med den andra. § Att vi doppar elektroderna i elektrolytlösningar och att vi förbinder dessa med en saltbrygga eller ett poröst membran.  Elektrolytlösningarna och saltbryggan/ membranet skapar elektrisk spänning på 2 sätt: 1. Hjälper till att skapa ett relativt elektronöverskott på anoden: SO42- § Elektrolytlösningen runt anoden gör så att metalljonerna kan lämna anoden. Jonerna som bildas vid oxidationen måste kunna lämna anoden om det ska kunna uppstå ett elektronöverskott på anoden (fler elektroner vs. protoner). Zn Zn § Negativa joner som färdas från saltbryggan, eller från katodens elektrolyt- lösning men via saltbryggan/membranet, hjälper till att upprätthålla - laddningsbalansen i anodens elektrolytlösning. Detta är en förutsättning för att Zn - Zn2+ ett elektronöverskott ska kunna byggas upp på anoden. 2. Hjälper till att upprätthålla ett relativt elektronunderskott på anoden: § Hos galvaniska element med metallelektroder (det finns andra varianter också) Zn2+ så är det positiva joner i elektrolytlösningen runt katoden som tar emot de elektroner som anländer till katoden. Upptagandet av elektroner ser till att Cu Cu bibehålla det relativa elektronunderskottet på katoden. - - § Positiva joner som färdas från saltbryggan, eller från anodens elektrolytlösning men via saltbryggan/membranet, hjälper till att upprätthålla laddningsbalansen Cu2+ Cu Cu i katodens elektrolytlösning. Detta är en förutsättning för att elektroner ska kunna upptas vid katoden, och för att vi därmed ska kunna upprätthålla ett relativt elektronunderskott på katoden.  Utan en saltbrygga (eller ett membran) kan inte spänningen upprätthållas Anod Katod (-pol) Elektrolytlösning Elektrolytlösning (+pol) + - Zn Zn2+ - Cu 2+ Cu- Cu Zn Kopparelektrod SO42- Zinkelektrod SO42- - - Zn Zn2+ Cu Cu SO42- Zn2+ Cu2+ SO42- Zn Zn Cu Cu Oxidation: Zn à 2e- + Zn2+  Saltbryggan (eller membranet) möjliggör jonvandringar vilket upprätthåller spänningen - - - - - - - - Na+ SO42- Na+ - Anod(-pol) Katod (+pol) Elektrolytlösning Elektrolytlösning + Kopparelektrod Zinkelektrod Zn Zn Cu Cu Zn2+ Cu2+ SO42- SO42- - - 2+ Zn Zn Cu Cu Relativt SO42- SO42- Relativt elektronöverskott elektronunderskott Zn2+ Cu2+ (pluspol) Zn(minuspol)Zn - - Oxidation: Reduktion: Cu Cu - - - - Zn à 2e- + Zn2+ Cu2+ + 2e- à Cu  Vi måste Tack vare jonvandringarna via saltbryggan/ membranet kommer nettoladdningarna i de båda elektrolytlösningarna fortsätta vara neutrala vilket är en förutsättning för att en elektrisk spänning mellan elektroderna ska kunna skapas och upprätthållas.  Jonvandringarna och anod- och katodreaktionerna sker synkroniserat - - - - - - - - Na+ SO42- Na+ - Anod(-pol) Katod (+pol) Elektrolytlösning Elektrolytlösning + Kopparelektrod Zinkelektrod Zn Zn Cu Cu Zn2+ Cu2+ SO42- SO42- - - 2+ Zn Zn Cu Cu Relativt SO42- SO42- Relativt elektronöverskott elektronunderskott Zn2+ Cu2+ (pluspol) Zn(minuspol)Zn - - Oxidation: Reduktion: Cu Cu - - - - Zn à 2e- + Zn2+ Cu2+ + 2e- à Cu Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: http://www.youtube.com/Kemilektioner http://www.youtube.com/Medicinlektioner