Show Menu

Redoksreaksjoner Cheat Sheet by

Redoksreaksjoner, elektrolyse, galvanisk celle, batterier, brenselceller (PEM)
science     norwegian     naturfag     videreg-ende     vgs     norsk     energi     str-m     kjemi     redoksreaksjoner     batterier     hydrogen     katode     anode     elektrolytt     pem     elektrolyse     metaller

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

Download the Redoksreaksjoner Cheat Sheet

3 Pages
//media.cheatography.com/storage/thumb/promethium_redoksreaksjoner.750.jpg

PDF (recommended)

Alternative Downloads

Share This Cheat Sheet!

 

Comments

Trond Geirson Trond Geirson, 10:47 14 Jan 15

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
          BIO tidslinje jorden Cheat Sheet
          Fordoeyelsen Cheat Sheet

          More Cheat Sheets by promethium

          Endringer i naturen Cheat Sheet
          Fordoeyelsen Cheat Sheet