Elevøvelse 6 - Sitronbatteri

Hensikten med denne elevøvelsen var å laget et batteri av en sitrusfrukt. Jeg valgte ta bruke en sitron og se hvor mye strøm den kunne produsere.

Utstyr:

• Sitron
• Kobberelektrode
• Sinkelektrode
• Multimeter
• Lysdiode

· 

Framgangsmåte:

Jeg startet med å rulle sitronen langs bordet for å mose den litt. Det gjorde jeg for å danne mer væske i sitronen, som kan lede strøm (elektrolytt). Deretter stakk jeg kobberelektroden (pluss polen) ned i sitronen på den ene siden og Zinkelektroden (minus polen) på andre siden. Lysdioden (en liten lampe som krever liten spenning for å lyse. Har også to poler av sink og kobber) stikker jeg ned i sitronen mellom elektrodene. Til slutt kobler jeg til et multimeter for å se hvor mye spenning sitronen kunne produsere og om det var nok til at lysdioden kunne lyse.

Observasjoner:

På multimeteret kunne jeg se at spenningen varierte og maks var 1,13 V. Det var dessverre ikke nok spenning til at lysdioden kunne lyse.

Hvordan går det til at en sitron blir et batteri ved hjelp av kobber og sink?

Hvis vi tar for oss spenningsrekka kan vi se at sink ligger høyere enn kobber. Det vil si at kobberet trekker til seg elektroner lettere en det sink gjør. Elektronene som sink atomet har blir derfor trekket mot kobber atomet. Da er det sinkatomet som blir oksidert. Sinkatomet har to elektroner i det ytterste skall, som det ikke vil ”ha”. Sinkatomet kan derfor binde seg sammen med et annet sinkatom med to elektroner i ytterste skall og de deler på de to elektronene i ytterste skall. Den blir derfor oksidert fordi den gir fra seg to de elektroner og har derfor mindre elektroner enn protoner (den blir positivt laddet). Reaksjonen blir slik: 2Zn à Zn₂ + 2e-. Sinkatomene løsner fra sinkelektroden og den blir derfor mindre.

Reduksjonen skjer på kobberelektroden. Elektronene som Zn har sendt ut går igjennom multimeteret og vi leser av spenningen. Deretter kommer de til kobberelektroden. Kobberatomet tar til seg disse to elektroner, og blir nøytralt. Reaksjonen blir slik: Cu²⁺ + 2^e- à Cu. Når kobberatomet er nøytralt vil man ikke kunne bruke det lenger, og det vil derfor kladde seg på kobberstanga.

Sitronsyren fungerer som en saltbro. Syren inneholder positivt og negativt ladde ioner. Positive ladde hydrogen ioner tar til seg elektroner fra zinkelektroden (som gikk i kretsen) og danner en hydrogengass. 2H+ +2e^- à H₂ (g). Kobberelektroden sin oppgave er derfor å trekke til seg elektronene fra zinken og frakte de helt ned til sitronsyren's H+ ionene. Til slutt er det ikke flere H+ ioner i syren og batteriet slutter å fungere.

På multimeteret observerte vi at det ble ulik spenning. Grunnen til at det spenningen ikke var konstant kunne være flere årsaker. Som for eksempel forurensing, konsentrasjon, indre motstand i elektrolytten, temperatur, motstand (for eksempel belegg) eller gassen som dannes ved kobberelektroden kan hindre H+ til å komme fram til kobberelektroden.

Ved disse redoksreaksjonene blir kjemisk energi overført til elektrisk energi. En slik spenningskilde kaller vi for en galvanisk celle (består av to poler og mellom polene er det elektrolytt). Denne galvaniske cellen har mulighet til å generere rundt 1 volt. Lysdioden krever høyere spenning for å lyse, vi fikk derfor ikke lys i den. Hadde vi for eksempel seriekoblet flere sitroner sammen hadde det blitt høyere spenning. Jo flere sitroner i serie, jo høyere spenning blir det.

Sitronen er et ”engangsbatteri” fordi det ikke går an å lade det opp. Sitronbatteriet har kun et kammer og det produserer lite spenning. Det går derfor ikke å tvinge redoksreaksjonene til å gå andre veien (omvendt), slik at det lades opp. (elektrolyse)

Kilder: NDLA.no, Naturfag 3 og Wikipedia

Bilder: meg

- Emma