Show Menu
Cheatography
  1. Home >
  2. Cheat Sheets >

Redoksreaksjoner Cheat Sheet by

Redoksreaksjoner, elektrolyse, galvanisk celle, batterier, brenselceller (PEM)

symbol­for­kla­ringer

s = fast stoff
l = væske
g = gass
aq = løst opp i vann

Redoks­rea­ksjoner

Reaksjoner med elektr­ono­ver­gang!
Reaksjoner der det blir frigitt energi til omgive­lsene kalles eksoterme reaksj­oner. Alle forbre­nni­ngs­rea­ksjoner er eksoterme.
Når atomene i et grunnstoff gir fra seg ett eller flere elektroner sier vi at de blir oksidert. Når de tar opp ett eller flere elektr­oner, sier vi at de blir redusert.
Siden det alltid foregår en reduksjon samtidig med en oksidasjon kaller vi dette redoks­rea­ksj­oner.

Elektr­olyse

Elektr­olyse. redoks­rea­ksjoner i metall­fra­mst­illing

Siden de fleste metaller lett gir fra seg elektr­oner, finner vi som regel metaller som ioner i mange kjemiske forbin­delser i naturen.
For å få de i nøytral form må vi tilføre energi. Dette kan gjøres i en prosess vi kaller elektr­olyse.
Elektr­olyse av salter løst i vann: Kopper fra kopper­klorid:
Cu2+(aq)+2e-+energ­i--­>Cu(s)
Kopperet fester seg på den negative elektroden (katoden)
Cl(aq)-e-+energ­i--­>Cl­+Cl­-->Cl
2
(g)
Klor-ionene oksiderer til to kloratomer som bindes sammen til Cl
2
, klorga­ssm­ole­kyler (ved elektr­onp­arb­inding) ved anoden
Altså: Klorid­ioner gir fra seg elektron og blir klorgass, kopper­ioner tar opp elektroner ved katoden og kopperet fester seg til den
Elektr­olyse av vann gir hydrog­engass og oksyge­ngass
2H2O(l)+e­lek­trisk energi­-->2H2(g)+O2(g)
Bare ca. 10% av hydrog­engass i verden idag blir framstilt ved elektr­olyse av vann.
Blir heller framstilt av fossile hydrok­arboner ved dampre­for­mering.

Batterier

Består av ett eller flere galvaniske elementer. Når flere elementer koples sammmen i en serie, kan batteriene få høyere spenning og levere mer strøm.
I batterier kan det være upraktisk at elektr­olytten er flytende, den er derfor ofte sugd opp i ett porøst materiale. Denne typen batterier blir derfor kalt tørrel­ementer.
Det som bestemmer spenningen og strømmen som batteriene kan levere er hvor mange galvaniske element som er koplet sammen, valget av metaller eller stoffer til elektr­odene og valget av elektr­olytt. Disse valgene er også med på å bestemme batteriets levetid.

Oppladbare batterier

Også kalt sekund­ærb­att­erier
Her kan redoks­rea­ksj­onene reverseres ved å bruke elektrisk energi.
Avhengig av batter­itype og utstyr kan de lades 500-1000 ganger.
Tidlig var det vanlig med kadmiu­m-b­att­erier, mens nå bruker vi mer miljøv­ennlige altern­ativer.
De vanligste batter­itypene i mobil, data osv er litium­-io­n-b­att­erier. Denne batter­itypen er svært lett og har lang levetid.
Den positive elektroden i et litium­-io­n-b­atteri er en litium­for­bin­delse. F.eks. litium­-ko­bol­t-oksid (LiCoO
2
), og den negative elektroden er karbon med litium.
Ved utladning forflytter Li+ioner seg fra den positive elektroden til den negative, og motsatt vei ved opplad­ning.

PEM-celle

  

Metaller og den elektr­okj­emiske spenni­ngs­rekken

Vi finner metallene til venstre/i midten i period­esy­stemet (det er metaller det er mest av)
De har få elektroner i det ytterste skallet og vil i mange kjemiske reaksjoner spontant gi fra seg disse elektr­onene til grunns­toffene i gruppene 16 og 17.
Stoffer som lett gir fra seg elektroner i kjemiske reaksjoner sier vi er "­ele­ktr­opo­sit­ive­".
De mest elektr­opo­sitive finner vi nede til venstre i period­esy­stemet.
De mest elektr­one­gative finner vi oppe til høyre i gruppene 15, 16 og 17. (gruppe 18 er edelgasser som er svært lite reaktive).
Kalium og natrium er noen av de mest elektr­opo­sitive metallene, og de reagerer bl.a. spontant og kraftig med vann.
Metallene kan ordnes i en elektr­okj­emisk spenni­ngs­rekke etter den evnen de har til å gi fra seg elektroner til andre stoffer.
Li K Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Au
Når metall­atomene danner ioner, mister de sine metall­ege­nsk­aper.
Gull, sølv og kopper er edle metaller, altså lite reaktive. De er til høyre for hydrogen i spenni­ngs­rekken. Disse vil derfor ikke gi fra seg elektroner til f.eks. H+ioner i syrer

Metall­fre­mst­illing

Når vi smelter metall­for­bin­delser, lager ei smelte, bryter vi bindingen mellom ionene. Det kreves ofte mye energi, altså svært høy temper­atur.
Hvis vi tilfører elektrisk energi til smelta, kan vi av metall­ionene få dannet nøytrale metall­atomer med metalliske egensk­aper.
Det som da skjer, er at metall­ionene blir redusert.
Dette blir gjort i stor målestokk i alumin­ium­sin­dus­trien.
Aluminium fins i mineralet bauxitt, som inneholder over 50% alumin­ium­soksid, Al
2
O
3
.
Den positive elektr­oden, anoden, er laget av karbon ved alumin­ium­sfr­ems­til­ling. Oksygenet reagerer med karbon og danner karbon­mon­oksid.
Al
2
O
3
+energ­i--­>2A­l+3CO

Symbol­/or­dfo­rkl­aringer

Ladning
q
Coulumb (C)
Strøm
l
Ampere (A)
Spenning
U
Volt (V)
Resistans
R
1 Ohm
Ohms lov
U = R * l

Engang­sba­tte­rie­r/A­lka­liske batterier

Også kalt primær­bat­terier, er de mest brukte batter­iene.
De alkaliske engang­sba­tte­riene er den vanligste typen og de inneholder ikke tungme­taller som kvikksølv eller kadmium.
De alkaliske batteriene varer mer enn 4 ganger så lenge som andre tilsva­rende batterier.
Den positive polen er av karbon, den negative av sink. Sinken er formet som en sylinder som holder elektr­olytten på plass.
Elektr­olytten er en blanding av mangan­oksid (MnO
2
), sinkklorid (ZnCl
2
), og kalium­hyd­roksid (KOH).
KOH gir ett basisk (alkalisk) miljø.
Selv om den positive polen er av karbon, deltar ikke karbonet direkte i redoks­rea­ksj­onene, men leder elektroner til mangan­oks­idet.
Det er mangan­oksidet som blir redusert. Sink gir fra seg elektr­oner, blir oksidert og er altså den negative polen i elementet.
Knappc­ell­eba­tterier
har oftest litium eller kvikksølv i seg. Kvikksølv er miljøs­kad­elig, så de har vært forbudt å importere og omsette i Norge siden 1995.

PEM-cellen

PEMFC-­cellen (Proton Exchange Membrane Fuel Cell), oftest kalt PEM-ce­llen, bruker hydrogen som drivstoff og har høy virkni­ngh­etsgrad (40-60% ved normalt bruk).
Forbre­nni­ngs­tem­per­aturen er under 100 grader C, som gjør at det ikke slippes ut nitrog­eno­ksider, NO
x
, det slippes bare ut vann.
Platina festet til karbon­par­tikler på membranen brukes nå som kataly­sator i brense­lce­llene, men platina er dyrt så forskere leter etter andre muligh­eter.
Forskere prøver å forbedre PEM-cella. Noen utford­ringer er å:
- Øke levetiden
- Øke virkni­ngs­graden
- Forbedre membra­nkv­ali­teten
- Bruke billigere materialer
 

Galvaniske elementer

Elektrisk strøm er ladninger som vandrer , oftest elektroner i en elektrisk ledning, eller det kan være ioner som er løst opp i vann.
En elektrisk krets er en sammen­koplet eller sammen­hen­gende vandri­ngsvei for elektriske ladninger.
I tillegg må vi ha en motor som driver strømmen. En strømkilde eller spenni­ngs­kilde. F.eks. batterier eller solceller

Galvanisk element

HUSKEREGEL

OKSEN ANTON ER REDD KATTA.
(oksid­ering ved anode, reduksjon ved katode)

Oppbygging av et galvanisk element

Batterier er oppbygd av galvaniske elementer.
I ett galvanisk element utnytter vi at grunns­toffene har ulik evne til å gi fra seg elektroner
EKSEMPEL: (se figur!)
Zn(s)-­->Zn2+(aq)+2e- og
Cu2+(aq)+2e--->­Cu(s)
Saltbroen fungerer som en elektr­olytt i dette galvaniske elementet.
Et galvanisk element består av to forskj­ellige elektroder og en elektr­olytt som leder strøm.
En av elektr­odene gir fra seg elektroner (anode),
den andre tar imot elektroner (katode) og leder dem videre til elektr­oly­tten.

Eksempel, galvanisk element

Alkalisk batteri

Brense­lceller

Frigjør energi gjennom redoks­rea­ksjoner og mange tror at økt bruk vil bidra til å bedre miljøet.
Når hydrogen og andre stoffer reagerer med oksyge­ngass, kaller vi disse reaksj­onene for forbre­nning (eksot­erme). I forbre­nni­ngr­eak­sjonene blir oksygen redusert og andre grunnstoff oksidert, og energi blir frigitt.
eks. 1: CH
4
+O
2
-->CO
2
+H
2
O+energi
eks 2: H
2
+O
2
-->H
2
O+energi
Hvordan de virker:
En brense­lcelle får hele tiden tilført drivstoff i en jevn strøm utenifra.
Brense­lce­llene er konstruert slik at de prøver å fange opp og utnytte den energien som blir frigjort i redoks­rea­ksj­onene.
Med hydrogen som brennstoff gir brense­lce­llene et energi­utbytte som er tre ganger høyere enn bensin og diesel.
Den vanligste brense­lcellen er PEM-CE­LLEN.

Kjemiske reaksjoner i PEM-ce­llene

Hydrog­engass ledes inn på den ene siden av en proton­ledende membran og oksyge­ngass eller luft på den andre siden.
Ved anoden blir hydrogen oksidert til H+ioner. H+ og H
2
O kan gå gjennom membranen, mens elektr­onene må gå i en ytre krets som elektrisk strøm istedefor.
På oksyge­nsiden av membranen, katode­siden, reagerer H+ med O
2
og det blir dannet vann.
Ved anoden: 2H
2
-->4H++4e-
Ved katoden: O
2
+4H++4e--->2H
2
O
All reaksjon: 2H
2
+O
2
-->2H
2
O+energi
Hvor miljøv­ennlig bruken av disse brense­lce­llene er, avhenger bl.a. av hvordan hydrogenet produs­eres.
Elektr­isi­teten som brukes ved framst­illing av hydrogen, må være produsert på en miljøv­ennlig måte, f.eks. med solceller eller vindkraft
                                                                   
 

Metadata

Comments

Veldig bra sammendrag. 10/10. Dette likte jeg veldig godt. Håper du har tatt resten av boka :)

Add a Comment

Your Comment

Please enter your name.

    Please enter your email address

      Please enter your Comment.

          Related Cheat Sheets

          Endringer i naturen Cheat Sheet
          Fordoeyelsen Cheat Sheet
          BIO tidslinje jorden Cheat Sheet

          More Cheat Sheets by promethium

          Endringer i naturen Cheat Sheet
          Fordoeyelsen Cheat Sheet