Metaller

Forsøg #27+28
Metaller i opløsning - hvilket metal "vinder kampen om elektronerne"?
Hvordan kan man, ud fra spændingsrækken, se hvilket metal der "vinder denne kamp"?

I dag lavede vi to forsøg, begge omkring metallers opløslighed.

Materialer:
- Et minireagensglas
- Stativ
- Klemme
- Sølvnitrat, AgNO3
- kobbertråd
- Jernsøm
- Kobbersulfat, CuSO4
- Demineraliseret vand
- Bærgerglas


Forsøg A

Forsøgsdesign:
Jeg startede med at sætte minireagensglasset fast på et stativ med en klemme. Derefter hældte jeg sølvnitrat i, og anbragte kobbertråden deri.

Resultat og konklusion:
Som man kan se på billedet til højre, er der blevet dannet et "sølvlag" rundt om den ende af kobbertråden, der er nede i AgNO3-opløsningen.
Dette forsøg handler om spændingsrækken, og om hvor gode de forskellige metaller er til at holde på deres elektroner. Jo mere ædelt et metal er, jo bedre er det til at holde på elektronerne. Fordi sølv er mere ædelt end kobber, er det sølv der ender med at få elektronerne, og kobber der må afgive dem, så vi ender med at få frit sølv.

Når vi har et rent metal kan det ikke blive opløst, men ligeså snart det går på ion-form, så kan det godt.
Sølvnitrat indeholder både sølv ioner og nitrat ioner, ligeså snart sølvionerne får nogen elektroner, er det ikke opløst mere.

Kobberet går ind og tager sølvets plads i denne her forbindelse, der bliver dannet frit sølv og kobbernitrat.

AgNO3 + Cu -> Ag + CuNO3


Forsøg B

Forsøgsdesign:
Jeg startede med at hælde kobbersulfat og demineraliseret vand i et bægerglas. Så anbragte jeg et jernsøm i opløsningen.

Efter kort tid kan man hurtigt se forskel, på sømmet der har ligget i CuSO4-opløsningen, og et søm der ikke har.

Resultat og konklusion:
Der er blevet dannet frit kobber, set som et "kobberlag" rundt om jernsømmet, fordi at kobber er det mest ædle.
Jernet går ind og overtaget kobberets plads, så der bliver dannet jernsulfat.

CuSO4 + Fe -> Cu + FeSO4

Man kan, ud fra sin viden om spændingsrækken, lave galvanisk rustbeskyttelse. 
Som nævnt mange gange før, vil det ene metal ødelægges, hvis to metaller anbringes i en strømledende væske. Og det kan faktisk være rigtig smart.
Et godt eksempel er et jern skib. Jern ruster hurtigt - især i saltvand - men denne proces kan nedsættes ved hjælp af galvanisk rustbeskyttelse.
Hvis man anbringer en masse metal, som er til venstre for jern i spændingsrækken, vil det blive offer-metal for jernet og korrodere først. Offer-metallet vil afgive elektroner til jernet, som vil nedsætte rustprocessen. Dette er også beskrevet mere detaljeret længere oppe i indlægget.

Metaller

Forsøg #26
Vis hvilken spændingsforskel der er mellem kobber og en række andre metaller.
Lav spændingsrækken ud fra resultaterne. 

Materialer:
- kobberplade
- aluminiumplade
- blyplade
- jernplade
- magnesiumplade
- tinplade
- zinkplade
- natriumchlorid, NaCl
- voltmeter
- 2 ledninger
- 2 krokodillenæb
- elementglas
- sandpapir, fint

Forsøgsdesign:
Jeg startede med at rense alle pladerne med sandpapir, for at fjerne oxidlaget og få det mest præcise resultat.
Derefter opløste jeg en teskefuld salt, i 150 ml vand, i elementglasset. Jeg satte et krokodillenæb, der var forbundet til et voltmeter, på kobberpladen og anbragte den i opløsningen. Dens spænding kaldes 0 V.

Derefter tog jeg en anden metalplade og anbragte den i opløsningen ved siden af kobberpladen. Det er vigtigt, at de to plader ikke rører hinanden. Jeg målte spændingen mellem metallet og kobberpladen, og gjorde efterfølgende det samme enkeltvis med alle metalpladerne.
Opstillingen kan ses på nedenstående billede.

Resultat:

	Mine resultater	Klassens gennemsnit
Cu-Zn	0,9 V	0,8 V
Cu-Pb	0,3 V	0,3 V
Cu-Fe	0,3 V	0,4 V
Cu-Al	0,6 V	0,5 V

Når de to metaller kommer i (i dette tilfælde) saltvand, vil det mindst ædle metal "ofre" sig og blive opløst først.
Det gør det ved at afgive sine elektroner til det mere ædle metal. Spændingen er altså den elektriske strøm af elektroner.
Et eksempel kunne være jern og zink. Jern er mere ædelt end zink.
Når jern kommer i vand vil det gå lidt i opløsning. Hvis man så kommer en zinkplade ned ved siden af, vil zink blive offer-metal, og afgive elektroner til de jern-ioner, der ligger uden for jernet, så de kan blive til jernatomer igen,
De uædle stoffer er meget reaktionsvillige, og derfor afgiver de nemmere deres elektroner.

I dette forsøg testede jeg fire stoffer, de var alle mindre ædle end kobber.
Spændingsrækken, for de testede stoffer i mit forsøg, kommer til at se sådan ud:
Zn - Al - Fe - Pb 

Men det er ikke helt sådan at spændingsrækken er. Grunden til at jeg har fået nogle andre resultater, end det man betegner som spændingsrækken, kan skyldes det oxidlag der sidder på metalpladerne. Hvis man ikke har fået slebet det fuldstændigt af, kan det give nogle forvrængede resultater. En anden grund kan være, at jeg i dette forsøg brugte saltvand som elektrolyt.

Spændingsrækken:

Spændingsrækken er en række af grundstoffer sorteret efter deres reaktionsvillighed. Metallerne i den venstre ende af rækken (se billedet) er meget reaktionsvillige, og er det vi kalder de uædle metaller.
Jo længere til venstre de står, jo mere reaktionsvillige er de.
Det modsatte gælder for stofferne til højre. Det er de ædle metaller, og de har meget svært ved at reagere med andre stoffer.

Hvis et bestemt stof "A" fra spændingsrækken indgår i en kemisk forbindelse, vil denne forbindelse reagere med ethvert stof "B" der står til venstre for stof "A" i spændingsrækken: Ved reaktionen udskilles stof "A" i ren form fra den kemiske forbindelse, og det mindre "ædle" stof "B" overtager "A's" plads i forbindelsen. Et særligt eksempel på dette er syrer, hvis kendetegn er deres tilbøjelighed til at levere brintioner til omgivelserne: Ethvert metal til venstre for brints plads i spændingsrækken kan opløses i en syre, hvorved brinten fra syren udskilles som gas mens metallet overtager brintens "plads" i syren, og danner et salt sammen med syreresten.

På grund af deres reaktionsvillighed iltes eller "ruster" metaller i den venstre ende af spændingsrækken generelt meget let, men aluminium bryder tilsyneladende denne regel, og bevarer en blank og tilsyneladende ikke synderlig "iltet" metaloverflade. Det skyldes det lag af aluminiumoxid der dannes ved iltningen af aluminium; en ca. 3 mikrometer tynd men særdeles slidstærk "hinde" der effektivt forhindrer luftens adgang til det underliggende metal. Fra wikipedia. 

Metaller

Forsøg #25
Vis hvilke egenskaber metaller har.

Materialer:
- æske med stænger af forskellige materialer (jern, messing, bly, kobber, aluminium, glas, gummi og plastik)
- sandpapir
- strømforsyning
- pære
- ledninger
- krokodillenæb
- porcelænsskål
- trefod
- gasbrænder
- tændstikker

Forsøgsdesign:
I dette forsøg skal vi undersøge forskellen mellem metaller og ikke-metaller.
Hvilke materialer har metalglans, er elektriskledende og gode varme ledere?

Metalglans:
Du vil næsten ikke være i tvivl når du står overfor et metal, grundet dets udseende. Metaller skinner. Nogle gange, hvis der fx er rust på metallet, vil man ikke kunne se glansen, men det kræver ikke andet end lige at slibe med sandpapir, for at få metalglansen frem igen.

Derfor startede jeg med lige at slibe lidt af stængerne med sandpapir.
De materialer som blev blanke er metaller.

Elektrisk ledningsevne:
For at finde ud af hvilke materialer der var metaller, forbandt jeg en pære, til en strømforsyning med jævnstrøm, som vist på nedenstående billede.

På billedet er det elektriske kredsløb forbundet med en blystang. Jeg testede alle stænger, for at se hvilke der havde elektrisk ledningsevne. Hvis pæren lyste var materialet elektrisk ledende, og derfor et metal.

Varmeledende:
For at tjekke om materialet er en god varmeleder, holdes den ene ende af stængerne ned i en porcelænsskål med kogende vand.
Man kan hurtigt mærke om stoffet er en god eller dårlig varmeleder. Hvis det er en god varmeleder, er det et metal.

Resultat:

Hvilke stoffer har metalglans, og er derfor metaller?

Stof	Har metalglans	Har ikke metalglans
Jern	X
Messing	X
Bly	X
Kobber	X
Aluminium	X
Glas		X
Gummi		X
Plastik		X

Hvilke stoffer er elektrisk ledende, og er derfor metaller?

Stof	Kan lede elektrisk strøm	Kan ikke lede elektrisk strøm
Jern	X
Messing	X
Bly	X
Kobber	X
Aluminium	X
Glas		X
Gummi		X
Plastik		X

Hvilke stoffer er gode varme ledere, og er derfor metaller?

Stof	God varmeleder	Dårlig varmeleder
Jern	X
Messing	X
Bly	X
Kobber	X
Aluminium	X
Glas		X
Gummi		X
Plastik		X

Det er helt tydeligt at se hvilke stoffer der er metaller, hvis man kender metallers egenskaber og ved hvad der kendetegner dem. 

Konklusion:

"Fælles for metaller er fire egenskaber: De er strømledende, de er gode varmeledere, de har metalglans og de er formbare, seje og hårde. Egenskaberne er et resultat af den måde, hvormed metallers atomer forbinder sig, nemlig metalbindingen. Metaller har en tendens til at afgive elektroner, hvorved de bliver positive ioner – de er elektropositive. De frie elektroner, der er afgivet, danner en omkringliggende elektronsky, som holder metalionerne sammen i et metalgitter. Gitteret giver et metal dets glans, mens de frie elektroner muliggør strøm- og varmeledningen gennem stoffet." Fra Wikipedia.dk