Tema: Batterier og rust

Det handler temaet om

hvordan et batteri får en redoxreaktion til at levere strøm
hvad der sker, når et batteri bliver ladet op
hvordan en brændselscelle laver strøm af hydrogen
hvorfor rust og jern også hører med til klimaet

Strøm fra sol og vind skal kunne gemmes til de timer, hvor solen ikke skinner, og vinden ikke blæser. Det kan lade sig gøre med batterier og hydrogen, som begge bygger på de redoxreaktioner, du kender fra kapitel 8. Denne side giver baggrunden for opgaverne med klimatema i kapitel 8.

Et batteri er en redoxreaktion

I afsnit 8.2 Spændingsrækken så du, at zink afgiver elektroner til kobber(II)ioner, når en zinkplade står i en opløsning med kobber(II)ioner. Elektronerne hopper direkte fra zinkatomerne til ionerne, og derfor kan de ikke udnyttes.

I et batteri er de to stoffer holdt adskilt, så elektronerne kun kan komme fra zink til kobber(II)ionerne gennem en ledning. På vejen kan de få en pære til at lyse.

Figur 1: I et batteri skal elektronerne gennem en ledning for at komme fra det ene stof til det andet.

Det sted, hvor elektronerne kommer ud af batteriet, kaldes minuspolen, og her sker oxidationen. Det sted, hvor elektronerne går ind igen, kaldes pluspolen, og her sker reduktionen.

Hvilket metal bliver minuspol?

Det mest uædle metal afgiver lettest elektroner og bliver minuspol. Det kan du se i spændingsrækken: zink står til venstre for kobber.

Batterier, der kan lades op

Batteriet i en telefon eller en elbil er et lithiumbatteri. Lithium er det letteste af alle metaller, og det afgiver meget let sin ene elektron. Derfor kan et lithiumbatteri gemme meget energi uden at veje ret meget.

Figur 2: Når batteriet lades op, bliver elektronerne og lithiumionerne sendt tilbage, hvor de kom fra.

Når batteriet bruges, afgiver lithiumatomerne ved minuspolen hver en elektron. Elektronerne løber gennem telefonen, og lithiumionerne vandrer inde i batteriet over til pluspolen.

Når batteriet lades op, tvinger strømmen fra opladeren elektronerne den modsatte vej, så redoxreaktionen løber baglæns, og batteriet er klar til at blive brugt igen.

Brændselsceller og hydrogen

En brændselscelle virker som et batteri, der hele tiden får nyt stof tilført. Der ledes hydrogen ind ved minuspolen og oxygen fra luften ind ved pluspolen.

Figur 3: I en brændselscelle bliver hydrogen og oxygen til vand, og elektronerne løber gennem en ledning.

Lægger man de to delreaktioner sammen, får man den samme reaktion, som når hydrogen brænder:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

Det eneste, der kommer ud af brændselscellen, er vand. Hydrogenet kan fremstilles ved at spalte vand med strøm fra sol og vind, og så løber reaktionen den modsatte vej. Det kan du læse om på siden Tema: Klima.

Jern, rust og grønt stål

Jern findes i naturen som jernmalm, der mest består af jern(III)oxid, Fe₂O₃. For at få rent jern skal jernet reduceres fra +III til 0. Det gør man i dag med kul, og så dannes der carbondioxid. Fremstilling af stål giver derfor en stor del af verdens udledning af carbondioxid.

Figur 4: Bruger man hydrogen i stedet for kul, dannes der vand i stedet for carbondioxid.

Når jern ruster, går det den modsatte vej, for jernet bliver oxideret og ender igen som en forbindelse med oxygen. Hver gang en bro, en bil eller en vindmølle ruster op, skal der fremstilles nyt stål. Det er derfor godt for klimaet at beskytte jern mod rust.

Vindmøller på havet står i saltvand, hvor jern ruster særlig hurtigt. Deres fundamenter bliver beskyttet med maling og med offeranoder af zink eller aluminium, som du kan læse om i afsnit 8.5 Korrosion.

Kort sagt

I et batteri sker oxidationen og reduktionen hver sit sted, så elektronerne må gå gennem en ledning.
Minuspolen er det sted, hvor stoffet bliver oxideret, og det mest uædle metal bliver minuspol.
Når et batteri lades op, løber redoxreaktionen baglæns.
I en brændselscelle bliver hydrogen og oxygen til vand, mens der dannes strøm.
Jern fremstilles ved at reducere jernmalm. Med hydrogen i stedet for kul dannes der vand i stedet for carbondioxid.
Rust er jern, der bliver oxideret igen, så beskyttelse mod rust sparer både stål og carbondioxid.

Her finder du opgaverne

Opgaverne med klimatema i kapitel 8 handler om batterier, brændselsceller, metaller og rust. De står sidst på opgavesiderne.

Afsnit	Opgaver med klimatema
8.1 Redoxreaktioner	delreaktionerne i batterier
8.2 Spændingsrækken	metaller i batterier og genbrug
8.3 Oxidationstal	stofferne i batterier og grønt stål
8.4 Afstemning af redoxreaktioner	bilbatteri, okker og røg
8.5 Korrosion	vindmøller på havet og grønt stål