Elektrokemi

Spänningsserien

Elektrokemi handlar om två saker:

1. Att genom kemiska reaktioner få elektrisk ström

   • Elektroner byter plats vilket kan utnyttjas för att få elektrisk ström.
   • Används i batterier.

2. Att med hjälp av elektrisk ström starta och driva kemiska reaktioner

   • Kallas elektrolys.
   • Används för att framställa grundämnen som koppar och aluminium.
   • Skyddar metaller mot nedbrytning.

Kemiska reaktioner som ger elektrisk ström

• Metaller har olika förmåga att bilda joner.
• Metaller som ogärna bildar joner (ädelmetaller): t.ex. guld, silver, platina.
• Metaller som lätt bildar joner (oädla metaller): ofta reaktiva och finns i många kemiska föreningar.
• Spänningsserien: Rangordning av metaller baserat på benägenhet att bilda joner.
  • Oädla metaller till vänster, ädla metaller till höger.
  • Väte finns med och kan lösa upp metaller till vänster om det.
  • Exempel: Magnesium i syra löses upp och bildar vätgas.

Oxidation och Reduktion

• Oxidation: Reaktion där elektroner avges.
• Reduktion: Reaktion där elektroner tas upp.
• Båda processerna sker samtidigt i en redox-reaktion.

Exempel:

• Kopparjoner reduceras och stjäl elektroner från järn (oxidation).
• Formler:
  • Järn oxideras: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
  • Koppar reduceras: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
  • Redox-formel: Fe + Cu²⁺ → Cu + Fe²⁺

Galvaniska Element

• Omvandlar kemisk energi till elektrisk energi.
• Består av två olika metaller i en jonlösning och en ledare.
• Elektrolyt är jonlösningen.
• Elektroner rör sig mellan metaller och bildar ström.

Exempel:

• Koppar och zink i jonlösning.
• Ström uppstår som kan lysa en lampa.
• Zink oxideras: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
• Kopparjonen reduceras om finns i lösningen: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Korrosion

• Metall upplöses via kemisk reaktion.
• Vanliga processer:
  • Järn rostar till järnoxid.
  • Aluminium skyddar sig med ett lager aluminiumoxid.
  • Koppar reagerar och blir grönt (ärgar).

Skydd mot korrosion

• Oädla metaller sätts på utsatta platser.
• Offeranod: Skyddar fartygsskrov, t.ex. magnesium.
• Galvanisering: Ex. järnspikar doppas i flytande zink.

Elektrolys

• Startar och driver kemiska reaktioner med elektricitet.
• Kräver två strömledande stavar och en jonlösning.
• Elektroder och elektrolyt.
• Strömkälla: Likström där strömmen går i samma riktning.

Process:

• Positiva joner till minuspol, negativa till pluspol.
• Oxidation vid anod, reduktion vid katod (tvärtom mot galvaniska element).

Batterier

• Alessandro Volta skapade ett av de första galvaniska elementen.
• Olika typer av batterier beroende på metaller och jonlösning.

Vanliga Batterityper

• Brunstensbatterier: Ej uppladdningsbara, vanliga AA/AAA.
• Litiumbatterier: Uppladdningsbara, högre spänning.

Miljöfarliga Batterier

• Knappcellsbatterier med kvicksilver.
• Gamla laddningsbara batterier med kadmium.
• Bilbatterier med bly.

Ackumulatorer: Uppladdningsbara batterier där kemisk process kan vändas med elektricitet.

Fördjupning

Olika filmer och uppgifter kan hittas för att fördjupa sig i ämnen som oxidation, reduktion, galvaniska element, korrosion, elektrolys och batterier. Dessa resurser erbjuder både svenska och engelska material.