Show Menu
Cheatography

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-­->C­l2(g)
Klorionene oksiderer til to kloratomer som bindes sammen til Cl2, 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 (LiCoO­2), 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, Al2O3.
Den positive elektr­oden, anoden, er laget av karbon ved alumin­ium­sfr­ems­til­ling. Oksygenet reagerer med karbon og danner karbon­mon­oksid.
Al23­+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 (MnO2), sinkklorid (ZnCl2), 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, NOx, 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: CH4+­O--­>CO­2­+H­2O­+energi
eks 2: H2+O­2­-->­HO+­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 H2O kan gå gjennom membranen, mens elektr­onene må gå i en ytre krets som elektrisk strøm istedefor.
På oksyge­nsiden av membranen, katode­siden, reagerer H+ med O2 og det blir dannet vann.
Ved anoden: 2H2-­->4­H+4e-
Ved katoden: O2+4­H+4­e--­>2H2O
All reaksj­on: 2H2+­O--­>2H­2­O+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
                                                                   

Help Us Go Positive!

We offset our carbon usage with Ecologi. Click the link below to help us!

We offset our carbon footprint via Ecologi
 

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

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

          More Cheat Sheets by promethium

          Fordoeyelsen Cheat Sheet
          BIO tidslinje jorden Cheat Sheet