Daniell-elementet

Hej! Her er lige en hurtig kopi af, hvad der stod i min rapport om emnet fra 1.g. Kan ikke bidrage med yderligere hjælp i aften, men jeg håber det kan bruges! Mvh Kalle

Teori: I det følgende vil Daniell-elementets virkemåde blive forklaret. Teorien omkring elementet hører mest kemien til, men eftersom vi bruger den i fysik til bl.a. at teste vores idealiserede model af en spændingskilde, vil vi alligevel gennemgå elementets virkemåde.

Først erindres om spændingsrækken, som læseren sikkert har hørt om i kemi:

K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Cr, Fe, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Hvis to af de ovenstående stoffer har mulighed for at udveksle elektroner, vil det stof, som ligger længst til venstre i rækken helst afgive elektroner. F. eks. vil Zn hellere undvære en ion end Cu vil.

Som bekendt er elektrisk strøm elektroner, der vandrer fra et sted til et andet. Dvs. hvis vi på en eller anden måde kan bestemme elektronernes rute fra Zn til Cu i ovenstående eksempel, kan vi udnytte den (elektrisk) potentielle energi, elektronerne har. Dvs. vi kan bygge et elektrisk element.


Figur 1. En Zn2+-ion dannes, en Cu2+-ion forsvinder og en SO2-4-ion smutter gennem lervæggen.
Betragt figur 1. Illustrationen viser hvordan et Daniell-element er opbygget. Vi har lavet en forbindelse mellem de to metalstænger vha. en almindelig ledning og en pære.

Elektronerne har hermed mulighed for at strømme fra Zn-stangen over i Cu-stangen. Dvs. der går en elektrisk strøm den modsatte vej.

For at simplificere virkemåden betragtes nu reaktionen mellem 1 enkelt Zn-atom og et enkelt Cu-atom.

1) Et Zn-atom, der sidder på Zn-stangen, sender 2 elektroner via ledningen over til Cu-stangen. Derved ioniseres det og bliver til Zn2+. Zn-ionen forlader Zn-stangen og flyder ud i den omkringliggende ZnSO4(aq). (Zinksulfat på væskeform.) Der er altså nu kommet en ladningsforøgelse på 2e i rummet med zinksulfat.

2) Ovre ved Cu-stangen er der to elektroner i overskud, eftersom Zn-atomet lige har sendt to elektroner derover. Dette registreres af en Cu2+-ion, som er en del af CuSO4(aq)-væsken ovre i det andet rum. Denne ion snupper de to elektroner og sætter sig fast på Cu-stangen. Eftersom der er forsvundet en positiv Cu-ion i kobbersulfatrummet, er der altså forsvundet en ladning på 2e.

3) I de to rum skal der være ladningsneutralitet, dvs. processen er ikke slut endnu. Væggen, der adskiller de to rum, tillader SO42- (sulfationer) at passere. Dvs. den SO42--ion, der blev til overs, da Cu2+-ionen snuppede de 2 elektroner og satte sig fast på Cu-stangen, kan smutte gennem væggen og sørge for, at der igen er ladningsneutralitet i de to væsker.

4) Summa summarum: Der er kommet et ekstra ZnSO4-molekyle i zinksulfat-rummet, der er forsvundet et CuSO4-molekyle i kobbersulfatrummet, og vi har haft mulighed for at tappe noget energi fra de to elektroner, der gik gennem ledningen.

Reaktionsskemaet for processen ser ud som følger:

Zn(s) + CuSO4(aq)  ZnSO4(aq) + Cu(s).

Ovenfor betyder s (solid) dvs. fast form og aq (aqua) væskeform.

Man kan vise følgende sammenhæng mellem væskernes koncentration samt temperatur og den elektromotoriske kraft:
Ovenfor er gaskonstanten R = 8,31 J/(K*mol), U0 = 1,1V, Faradays konstant, F = 9,7104 C/mol.
T måles i Kelvin, som er identisk med Celsiusskalaen bortset fra, at nulpunktet er valgt ved det absolutte nulpunkt -273,15C. Derved bliver temperaturer målt i Kelvin altid positive, men de bliver altså 273,15 enheder større end Celsiusgrader.

Hvad er det egentlig for en sammenhæng du kommer med der til sidst? Kan du evt. angive formlen..

Som sagt blev det bare lige kopieret fra min rapport... Her er en redigeret udgave af sammenhængen:

Man kan vise følgende sammenhæng mellem væskernes koncentration samt temperatur og den elektromotoriske kraft:

U = U(0) - RT/2F ln [Zn^2+]/[Cu^2+]

Ovenfor er gaskonstanten R = 8,31 J/(K*mol), U0 = 1,1V, Faradays konstant, F = 9,7 * 10^4 C/mol.

T måles i Kelvin, som er identisk med Celsiusskalaen bortset fra, at nulpunktet er valgt ved det absolutte nulpunkt -273,15 grader Celcius. Derved bliver temperaturer målt i Kelvin altid positive, men de bliver altså 273,15 enheder større end Celsiusgrader.

#3, nu har jeg prøvet at lede efter denne sammenhæng i min fysik, men kunne intet finde om det. Ville lige kende teorien bag det. Sådan som du skriver det, får jeg et billed af følgende:

U(indre) = RT/2F ln [Zn^2+]/[Cu^2+] =
R(indre) * I

Passer det? hvilken fysik bog har du læst det i? Prøvet også at søge på nettet om det, men fandt ikke noget ordenligt på dansk, de fleste var på tysk eller alt muligt andet lort :/...