Menselijke batterij

Filmfragment

1.Onderzoeksvraag

Hoe kunnen we een batterij bouwen met een constante spanning?

2.Voorbereiding

• 1 mol/l CuSO₄
• 1 mol/l ZnSO₄
• Voltmeter
• Kabels
• Zn elektrode
• Cu elektrode

3.Uitvoeren

a.Werkwijze

1. Breng de kopersulfaat oplossing in bekerglas 1.
2. Breng de zinksulfaat oplossing in bekerglas 2.
3. Breng de zink elektrode in de zinksulfaat oplossing.
4. Breng de koper elektrode in de kopersulfaat oplossing.
5. Verbind de anode met de zink elektrode ( zwarte kabel).
6.  Verbind de kathode met de koper elektrode (rode kabel).
7.  De voltmeter zal pas iets gaan meten als je  beide oplossingen als je beide handen in de oplossingen steekt.

b.Waarneming (+ foto’s)

Deze demonstratie kan worden uitgevoerd in combinatie met het vorige experiment gebruikmakend van een NaCl-zoutbrug. Je kan een hypothese stellen om te zien of zoutbruggen een effect hebben op gevormde spanning. Vergelijk daarom droge versus “bezwete” handen waarbij in het laatste geval de vingers eerst in een  NaCl-oplossing werden gebracht.

 

4.Reflecteren

De halfvergelijking aan de anode is: Zn à Zn²⁺ + 2 e^–

 

Aan de andere elektrode wordt het koper(II)ion gereduceerd; het Cu²⁺ ion neemt twee elektronen op en slaat als een koperlaagje op de kathode neer.

Cu²⁺ + 2 e^–  –> Cu

De spontane stroom van elektronen van anode naar kathode genereert een stroom met een spanning nabij de theoretische E O cel voor deze paren (1,10 V).

Anode: Zn –> Zn²⁺ + 2 e^–                E° = -0,76 V

Kathode: Cu²⁺ + 2 e^– –> Cu            E°= + 0,34 V

De metaalatomen van de metaalstaven (elektrodes) hebben de eigenschap om op te lossen in de vloeistof (elektrolyt) waarbij er positief geladen metaalionen in het elektrolyt gaan en de negatief geladen elektronen achterblijven op de elektrode. Er zal hierdoor een potentiaalverschil ontstaan tussen elektrode en het elektrolyt. De oplossingsdrang van een metaal is groter naarmate het metaal onedeler is.

Omdat zink onedeler is dan koper zal de zinkstaaf sneller zijn elektronen afgeven en dus een groter negatief potentiaal hebben dan de koperstaaf. Er ontstaat een potentiaalverschil tussen de elektroden, gelijk aan het verschil tussen de beide standaardelektrodepotentialen.

Door een elektrische verbinding aan te brengen tussen de zink- en de koperstaaf zullen de elektronen van de meer negatief geladen zink-elektrode (de anode) naar de minder negatief geladen koper-elektrode (de kathode) gaan. Er loopt nu een elektrische stroom die tegengesteld is aan de elektronenstroom.

Op hetzelfde moment zal ook een ionenstroom op gang komen. Voor iedere twee elektronen die van de zink- naar de koperstaaf lopen zal een Zn-atoom in de elektrolytoplossing gaan als Zn²⁺-ion. Dit proces – het afstaan van elektronen – wordt oxidatie genoemd en vindt plaats aan de anode.

Omdat de koperstaaf er twee elektronen bij krijgt moeten deze gebonden worden aan een Cu²⁺-ion uit het elektrolyt, wat als een koper-atoom zal neerslaan op de koperstaaf. Dit proces – het opnemen van elektronen – wordt reductie genoemd en vindt plaats aan de kathode.

Het gevolg hiervan is dat in het kopersulfaat een overschot aan SO₄²⁻-ionen ontstaat en in het zinksulfaat een tekort. Door tussen beide vloeistoffen een zoutbrug (bijvoorbeeld van kaliumchloride) of poreuze schijf aan te brengen wordt dit evenwicht hersteld. Het galvanische element kan nu net zo lang elektriciteit leveren totdat de gehele zinkstaaf is opgelost of totdat alle koperionen neergeslagen zijn op de koperstaaf.

5.Onderwerpen

• galvanische cel
• spanning
• werking van een batterij

6.Bron

KLIK – KLIK