Elevøvelse 7 - Daniellcelle

Hensikten med dette forsøket var å koble sammen et galvanisk element/ Daniellcelle (batteri) som gjør om kjemisk energi til elektrisk energi, samt å undersøke hvor høy spenning vi kunne få ut av elementet.

Utstyr:

• Kaffefilter (saltbroa)
• Glassbeger
• Kobberelektrode
• Sinkelektrode
• Kobbertråd
• Multimeter
• Lysdiode 

Fremgangsmåte:

1. Først fylte vi et av begerglassene med sinksulfat (gjennomsiktig) og det andre med kobbersulfat (blå).
2. Deretter dyppet vi hele kaffefilteret i natriumsulfat (vann og salt) før vi rullet den sammen til en pølse som vi plasserte med en ende i hvert glassbeger.
3. Det neste vi gjorde var å koble sammen elektrodene med en kobbertråd og en lysdiode.
4. Så koblet vi til multimeteret og leste av spenningen. 

Observasjoner:

Da vi koblet til multimeteret viste det en spenning på max. 1.13 Volt, noe som ikke var nok til å få lysdioden til å lyse.

Hvordan fungerer en Daniellcelle?

Daniellcellen er en galvanisk celle. Det betyr at den må bestå av to poler og imellom de må det være en  elektrolytt. Daniellcellen består derfor av to halvceller som er bundet sammen med en saltbro og en ytre krets. Det må være to forskjellige metaller, en i hver celle: sinkstanga (anode) i den ene og en kobberstang i den andre (katode). Sinkstanga står i et kar med sinksulfat ZnSO₄ og kobberstanga står i et kar med kobbersulfat CuSO₄. Begge løsningene inneholder ioner, sinkioner i den ene og kobberioner i den andre. Karene/cellene er koblet sammen med en salt bro. Vi brukte et kaffefilter og dyppet det ned i natriumsulfat (Na₂So₄), som inneholder salter (elektrolytt).

Vi forsøkte også å bryte strømkretsen ved å ta opp og ned saltbroen. Da vi tok opp saltbroen fra vannet oppdaget vi at multimeteret ikke registrerte noe spenning. Altså fungerer saltbroen som en slags bryter.

Sinkstanga og kobberstanga koblet vi sammen med et multimeter, og en kobbertråd med en lysdiode. Sinkstanga er den negative polen. Det er fordi sink ligger høyst opp på spenningsrekka og vil derfor gi fra seg elektroner til pluss polen som er kobber. Kobber ligger lenger ned på spenningsrekka og vil derfor ta til seg elektroner.

Sinkatomene gir fra seg to elektroner fra ytterste skall. Reaksjonen blir slik: Znà Zn²⁺ + 2e^-. Sinkatomene blir oksidert til Zn2+ ioner og går ut i løsningen. Det er årsaken til at sinkstanga mister masse.

Elektronene går i en ytre krets igjennom multimeteret og kobbertråden med lysdioden. På multimeteret målte vi en spenning på max 1,13 volt som ikke var nok til at kobberdioden lyse. Deretter går elektronene ned til kobberstanga. Kobberionene tar opp to elektroner og reaksjonen blir slik: Cu²⁺+2e^- à Cu. Da er det kobberet som blir redusert og Cu2+ ionene blir til Cu atomer. Kobberionene blir derfor nøytrale og setter seg på kobberstanga, det er årsaken til at stanga blir større.

Reaksjonsligningen for daniellcellen blir: Zn + Cu²⁺ --> Zn²⁺ + Cu + elektrisk energi

Saltbroen sin oppgave i elementet er å lede strøm, og den lar ikke løsningene i karene blande seg. I sinkkaret er det et overskudd av positive ladet ioner, mens i kobberkaret er det et overskudd av negative ioner. So_4- ioner vil flytte seg over til pluss siden for å skape en nøytral balanse.

Kobbersulfat får grønn farge når det blir redusert. Det kan vi ofte se når det blir kobberbeslag på bygninger. Her ser vi at væsken går fra å være helt blå, til mer grønn aktig farge og saltbroen har blitt farget gul. Det er fordi svovel er gult.

Slik fungerer Daniellcellen der den gjør om kjemisk energi til elektrisk energi. Potensialet for spenningen i Daniellcellen er 1,1 V, som dessverre ikke var nok til at lysdioden kunne lyse. Hadde vi brukt andre metaller som lå lenger opp og lenger ned på spenningsrekka hadde vi fått mer spenning. Jo større forskjell mellom metallene i spenningsrekka, jo mer spenning blir det.

Alle redoksreaksjoner kan gå andre veien (omvendt). Siden batteriet har to celler i motsetning til sitronen som bare har en er dette batteriet oppladbart. Dersom man kobler til en spenningskilde til elektrodene i cellen kan man tvinge ionene til å gå tilbake til den negative polen (elektrolyse). Da vil reaksjonslikningen gå omvendt: elektrisk energi + Cu + Zn²⁺ --> Cu²⁺ + Zn

Kilder: Naturfag 3, ndla.no

Bilder: meg

- Emma