Hensikt

Å spalte kobberklorid (CuCl₂) til kobber (Cu) og klorgass (Cl₂) ved bruk av elektrolyse.

Teori

Redoksreaksjoner

Ordet redoks kommer fra ordene reduksjon og oksidasjon. En redoksreaksjon er altså en reaksjon hvor et stoff reduseres og et annet stoff oksideres. Både atomer, salter og molekyler kan gjennomgå en redoksreaksjon.

- Et stoff oksideres hvis det gir fra seg elektroner

- Et stoff reduseres hvis det tar til seg elektroner

Men et stoff behøver ikke å gi fra seg eller ta til seg elektroner for at det skal bli en redoksreaksjon. Overførselen av elektroner kan i mange tilfeller ikke hende. Derfor er en oksidasjon en økning av oksidasjonsnummeret, mens en reduksjon er en senkning av oksidasjonsnummeret.

Følgende er et eksempel på en redoksreaksjon:

- Oksidasjon av magnesium: 2Mg -> 2Mg²⁺ + 4e^-

- Reduksjon av oksygen: O₂ + 4e^- -> 2O^2-

- Redoksreaksjon: 2Mg + O₂ -> 2MgO (MgO = Mg²⁺O^2-)

Visse stoffer kan oksidere andre stoffer ved å ta elektroner fra dem, og selv bli redusert. Slike stoffer kalles oksiderende faktorer (oksidater) eller elektronmottakere. Eksempler på oksidater er oksygen (O), fluor (F) og hydrogenperoksid (H₂O₂).

H₂ gir to e^- til F₂ (B), og de danner sammen 2HF (C).

Stoffer som kan redusere andre stoffer, og selv bli oksidert, kalles reduserende faktorer (redusanter). Eksempler på slike stoffer er litium (Li), natrium (Na) og aluminium (Al).

I en redoksreaksjon overfører redusanten elektroner til oksidanten. Redusanten blir oksidert og oksidanten blir redusert. De to reaksjonene stoffene er med i kalles samlet et redokspar.

Positive ladninger blir tiltrukket av negative ladninger, og motsatt. Bindingen mellom stoffer som har gjennomgått en redoksreaksjon, kalles en ionebinding.

Redoksreaksjoner i industri

Redoksreaksjoner blir brukt industrielt for å produsere metaller fra malm. Oksidasjon blir også brukt i mange deler innen industri til produksjon av rengjøringsmidler. I tillegg oksideres ammoniakk for å produsere salpetersyre (HNO₃), som brukes i det meste av kunstgjødsel.

Redoksreaksjoner i biologi

Mange viktige biologiske prosesser innebærer redoksreaksjoner, for eksempel i celleånding og i fotosyntesen. I celleånding oksideres glukose til CO₂, og oksygen reduseres til vann. I fotosyntesen skjer det motsatte: Karbondioksid reduseres til sukker, og vann oksideres til oksygengass. Biologisk energi blir hyppig lagret og frigjort ved bruk av redoksreaksjoner.

Mellomstegene innebærer at de reduserte karbonforbindelsene blir brukt til å redusere nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD⁺), et koenzym (en organisk forbindelse som virker sammen med en rekke enzymer). Dette stoffet hjelper til med å lage en elektrokjemisk gradient, som driver syntesen av adenosintrifosfat (ATP), og blir bevart av reduksjon av oksygen. Mitokondrium utfører lignende prosesser i dyreceller.

Eksempler på redoksreaksjoner er celleånding og fotosyntese. Redoksreaksjoner er også grunnlaget for elektrolyse og for galvanisk element.

Utstyr

- Salt av kobberklorid

- Begerglass

- Skje

- To karbonelektroder

- Tre ledninger

- Spenningskilde

- Vann

- Lyspære

- Briller

- Treklyper

- (Pussepapir)

Utførelse

Jeg jobbet sammen med Benjamin på dette prosjektet. Etter å ha hørt instruksjonene for forsøket, hentet vi alt utstyret vi hadde bruk for. Vi koblet spenningskilden til strømuttaket på veggen, og brukte tre ledninger til å lage en strømkrets mellom spenningskilden, lyspæra og de to karbonelektrodene. Vi passet godt på at karbonelektrodene ikke var i kontakt med hverandre, ved å feste dem fast til kanten av begerglasset med treklyper. Så tok vi på oss brillene og helte kobberklorid oppi begerglasset, for så å røre det inn i vannet. Kobberkloridet ble da oppløst i vannet. Så skrudde vi på spenningskilden, satte den på nivå 6 og observerte hva som hendte.

Resultat

Det første vi merket oss, var at det oppstod bobler utenpå den positive elektroden. Vi merket også at det begynte å lukte klor. Etter en liten stund oppdaget vi at den negative elektroden hadde fått et brunt belegg på seg. Når kobberkloridet ble løst opp i vann, skiltes de to ionene til 2cl^- (aq) og Cu²⁺ (s).

Klor:

Når vi så tilførte strøm, gav klorid-ionene fra seg to elektroner. Klorid-ionene ble da oksidert til klorgass. Denne reaksjonen kan skrives slik: 2Cl^- (aq) -> Cl₂ (g) + 2e^-

 Det vannløselige stoffet 2Cl^- gav fra seg to elektroner og ble til klorgass. Denne gassen seg opp fra begerglasset. Boblene vi observerte utenpå den positive elektroden var kloratomer (Cl) som ennå ikke hadde blitt klorgass (Cl₂). Dette er hvordan det skjedde:

Når vi tilførte strøm til elektrodene, ble det trukket vekk to elektroner fra den positive elektroden. Dette førte til at klor-ionene ble trukket mot den. De gav så fra seg sine ekstra elektroner til elektroden, noe som førte til at klor-ionene ble til nøytrale kloratomer. Disse så vi som bobler utenpå den positive elektroden. Kloratomene bandt seg sammen to og to til klorgass, som steg opp fra vannet. Det var denne gassen som lagde klorlukten vi luktet i begynnelsen.

Kobber:

Når vi tilførte strøm, tok kobber-ionene til seg de to elektronene som klorid-ionene gav fra seg. Kobber-ionene ble da redusert til kobber. Reaksjonen som hendte kan skrives slik:

Cu²⁺ (aq) + 2e^- -> Cu (s)

Det vannløselige stoffet Cu²⁺ tok til seg to elektroner og ble til kobber. Dette var det brune belegget vi så utenpå den negative elektroden. Dette skjedde på denne måten:

Når vi tilførte strøm til elektrodene, ble det tilsatt to elektroner til den negative elektroden (dette skjedde samtidig med reaksjonen med den positive elektroden). Kobber-ionene ble derfor trukket mot den. De tok til seg to elektroner hver, og ble til nøytrale kobberatomer. Disse atomene la seg så på den negative elektroden i form av kobber. Det var dette metallet vi observerte som et brunt belegg på elektroden.

Konklusjon

Vi klarte å skille to grunnstoffer fra hverandre ved å bruke elektrolyse. Dette er den totale kjemiske reaksjonsformelen: 2Cl^- (aq) + Cu²⁺ (aq) -> Cl₂ (g) + Cu (s). Klor-ionene ble oksidert, og kobber-ionene ble redusert. På den negative elektroden ble det dannet kobber, og ved den positive elektroden ble det dannet klorgass.

Kilder

- http://www.gyldendal.no/senit/content/html/full_content.asp?file=skarning/kap5/Elektrolyse

- http://no.wikipedia.org/wiki/Redoksreaksjon

- http://www.chem.uio.no/14_skole/evu_kurs/kjm0100v/
kjemididaktikk_kjm0100v/did_8_redoksreaksjoner.html#_Toc68416355

- http://en.wikipedia.org/wiki/Redox

- http://www.caplex.no/Web/ArticleView.aspx?id=9800833

- http://fag.utdanning.no/?q=node/11264