Metallenes spenningsrekke

Elevøvelse gjennomført 6.12.12
Av Tuva Klunderud 

Utstyr:

Begerglass

Sølvnitrat (aq)

Kobber (s) i form av 50-øring og kobbertråd

Hensikt med forsøket

Hensikten med forsøket er å se hva metallenes spenningsrekke har å si for en redoksreaksjon. I dette tilfellet er det en redoksreaksjon mellom stoffene kobber og sølvnitrat. 

Hypotese

Min hypotese er at kobberet vil bli redusert (altså få en negativ ladning, ved å trekke til seg elektroner fra sølvnitratet), mens søvnitratet vil bli oksidert (få en positiv ladning, ved å at sølvet gir fra seg elektroner til kobberet), fordi kobber har en dårligere posisjon i spenningsrekken, enn sølv – den gir lettere fra seg elektroner.

For å forstå funksjonen av og essensen i dette forsøket, må vi se litt nærmere på hva en redoksreaksjon er og metallenes spenningsrekke.

Redoksreaksjoner

Redoksreaksjoner er vanligste typen reaksjon mellom atomer. I en slik reaksjon overfører atomene elektroner seg i mellom. Redoksreaksjoner oppstår fordi atomene ønsker å oppnå åtte-regelen – de ønsker å få åtte elektroner i det ytterste skallet.

I en redoksreaksjon skjer det alltid en reduksjon og en oksidasjon, derav navnet – reduksjonsoksidasjonsreaksjon. Ved en reduksjon vil atomet trekke til seg elektroner fra atomet det reagerer med, for å fylle ut atomskallet. I utgangspunktet har atomer like mange elektroner i skall rundt kjernen, som det er protoner i kjernen. Fordi elektroner er negativt ladet, vil atomet få et flertall med negativladede partikler, enn positive (protoner) ved en elektronoverføring, og atomet vil derfor bli et negativt ladd ion.

Ved en oksidasjon vil atomet gi fra seg elektroner til atomet det reagerer med, fordi det har ”for mange” elektroner. Om atomet eksempelvis har to elektroner i det ytterste skallet, gir det fra seg disse to elektronene, for å da ha åtte elektroner i skallet innenfor – som nå blir det ytterste skallet. Atomet som blir oksidert, vil bli positivt ladd, fordi det da vil få et flertall av protoner, i forhold til elektroner.

I en redoksreaksjon vil atomene, etter å ha overført elektroner til hverandre, binde seg sammen. Dette er fordi i reaksjonen er det en part som blir positivt ladet, og en part som blir negativt ladet. Disse ladningene (ionene) tiltrekkes hverandre, og bindes sammen av ionebindinger.

Metallenes spenningsrekke

Grunnen til at det finnes få rene metaller i naturen, er fordi mange metaller har veldig lett for å reagere med andre stoffer og gi fra seg elektroner. Ulike stoffer har ulik evne til å gi fra seg elektroner. To måter å finne ut hvilke metaller gir lett fra seg elektroner på, er enten å se på periodesystemet, eller på metallenes spenningsrekke. En huskeregel er at metallene på venstre side i periodesystemet gir lettere fra seg elektroner enn de på høyre side.  

Metallenes spenningsrekke gir en klarere oversikt, ved å ordne en liste etter metallenes evne til å gi fra seg elektroner. Metallene høyt opp på listen gir lettere fra seg elektroner og kalles uedle metaller. Metallene langt ned på listen gir ikke lett fra seg elektroner, og kalles edle metaller. Langt nede på listen finner vi blant annet sølv og gull, som omtrent aldri gir fra seg elektroner.

I metallenes spenningsrekke kan ioner (ladde atomer) kun ta elektroner fra atomer høyere opp på lista enn seg selv. Dette gjelder alltid.

 

Fremgangsmåte

Vi fylte et begerglass med sølvnitratløsning AgNO_3. I begerglasset puttet vi en 50-øring av kobber og et juletre laget av kobbertråd. Deretter ventet vi og observerte.

Resultat

Etter en liten stund skiftet kobberet skiftet farge og fikk svart belegg.

Etter enda en stund fikk det et tykkere, mer ”pusete” belegg, med en gråaktig sølvfarge. Vannet fikk også en liten endring i fargen, til å bli mer blågrønt.

Det som skjedde da vi puttet mynten og kobberjuletreet i sølvnitratløsningen var en redoksreaksjon. I løsningen er det frie sølvioner (positivt ladde sølvatomer). Sølvionene legger seg på kobberet og får elektroner fra kobberatomene. Kobber er lenger opp i spenningsrekka enn sølv, og gir derfor lettere fra seg elektroner til sølvionene. Sølv, som er et edelt metall, vil ikke gi fra seg elektroner til kobberet. Når sølvionene legger seg på kobberet, dannes det et sølvlag, slik som vi så på bildet. Når kobberet gir fra seg elektroner, har kobberionene ingen elektroner å danne bindinger med (fordi sølvatomene blir nøytrale når de blir redusert), og går derfor ut i løsningen. Dette fører til at kobberstoffet mister noe masse, men i dette forsøket var massetapet i stor nok grad nok til at vi så det med det blotte øyet.

Likningen for redoksreaksjonen kan skrives slik: Cu + 2Ag⁺ --> Cu²⁺ + 2Ag
Kobberet gir fra seg to atomer, blir oksidert og får en positiv ladning:
Cu --> Cu²+2e-
Sølvet tar til seg elektronene, blir redusert og får en nøytral ladning:
Ag⁺ +e^- --> Ag
 

Som sagt har kobberionene ingen å binde seg med og går ut i løsningen. Det er dette som fører til endring av fargen på sølvnitratløsningen, slik at den blir litt blågrønn.

Om vi hadde puttet sølv i en kobberløsning ville vi ikke fått samme reaksjon. Vi ville ikke fått noen reaksjon i det hele tatt. Det er fordi sølv er lenger ned i spenningsrekka en kobber, og vil derfor ikke gi fra seg noen elektroner til kobberet.

Kilder

Naturfag 3

http://ndla.no/nb/node/15777?fag=7

http://ndla.no/nb/node/14600

http://no.wikipedia.org/wiki/Spenningsrekke