Wszystko w porządku. Będąc aktywnym metalem, magnez reaguje z kwasem cytrynowym (w soku z cytryny). W efekcie powstaje cytrynian magnezu i uwalniany jest wodór – tak syczy!
W porządku! Użyj tego, co masz. Najważniejsze jest ułożenie magnezu i miedzi tak, aby się nie dotykały.
Najpierw upewnij się, że podłączyłeś czerwony klips do drutu miedzianego, a czarny klips do paska magnezowego.
Następnie sprawdź, czy czarny zacisk krokodylkowy jest podłączony do krótkiej nogi diody LED, a czerwony zacisk jest podłączony do długiej nogi.
Inne eksperymenty
Instrukcje krok po kroku
Przymocuj krokodylki do pasków magnezu Mg i kawałków miedzianego drutu Cu.
Włóż paski magnezowe i kawałki drutu miedzianego do miąższu cytryny.
Podłącz zaciski krokodylkowe do diody LED. Kurczę! Zasilasz diodę LED cytryną!
Recykling
Odpady chemiczne z eksperymentu należy usuwać zgodnie z lokalnymi przepisami. Inne odpady stałe usuwać z odpadami domowymi. Spuść roztwory do zlewu, a następnie dokładnie spłucz wodą.
Co się stało
Mogłoby się wydawać, że jeśli dioda zaświeci się z jednej cytryny, to góra cytryn zapewni energię całemu domowi. Ale nie spiesz się, aby kupić owoce cytrusowe – rola cytryny w baterii nie jest tak znacząca. Energia elektryczna jest wytwarzana przez dwa różne metale zanurzone w soku z cytryny.
W każdym przedmiocie znajdują się elektrony, ale w przypadku metali mogą nie tylko swobodnie się poruszać, ale także przenosić się z jednego metalu na drugi. W tym przypadku różne metale mogą w różny sposób zatrzymywać elektrony. Miedź łatwo przyciąga elektrony magnezu wzdłuż drutu, tworząc prąd elektryczny. Magnez nie chce dzielić się swoimi elektronami, ale sok z cytryny nie pozostawia mu wyboru. Jony magnezu Mg 2+ (czyli cząsteczki magnezu, które utraciły część swoich elektronów) przechodzą z metalowego paska do soku z cytryny, umożliwiając swobodnym elektronom przejście z Mg do Cu. Aby przyjąć jony Mg 2+, sok z cytryny musi pozbyć się części dodatnio naładowanych jonów „+”. Na szczęście w soku jest dużo kwasu cytrynowego – podobnie jak inne kwasy łatwo oddaje jony H+. Niektóre z tych jonów przyjmują elektrony z miedzi i zamieniają się w cząsteczki H2 , które tworzą pęcherzyki gazu i opuszczają roztwór. Elektrony poruszają się swobodnie wzdłuż drutu, dzięki czemu dioda LED świeci. I tak dalej, aż pasek magnezu całkowicie się rozpuści.
Z czego jeszcze można zrobić baterię?
Wyobraź sobie, że pilnie potrzebujesz energii elektrycznej, ale nie masz pod ręką miedzi Cu i magnezu Mg. Inne pary metali wystarczą! Aby znaleźć dobrą parę, użyj „elektrochemicznej serii aktywności metali”. W tej serii metale oddają elektrony wszystkim metalom po swojej prawej stronie (podobnie jak magnez oddał elektrony miedzi). Im dalej od siebie znajdują się metale w tej serii, tym lepiej dzielą elektrony wzdłuż drutu.
Jeśli tak się stanie, że nie ma pod ręką cytryny, weź dowolny soczysty owoc, warzywo lub jakikolwiek roztwór z dużą ilością jonów. Wystarczy solona woda, woda mineralna lub sok.
Co powiesz na baterię do ogórków z aluminium i srebrem? Albo bateria lemoniady z cynkiem i złotem? Stwórz swoją baterię z tym, co znajdziesz w domu! Spróbuj użyć dwóch elementów, aby zapalić diodę LED, tak jak w eksperymencie Daniel Element. Pamiętaj, że bardziej aktywne metale będą się powoli rozpuszczać, więc owoce i napoje z tego eksperymentu nie zostaną spożyte – nie będą się nadawały do jedzenia ani picia!
Jak działa bateria cytrynowa?
Ogniwo galwaniczne, które tworzymy w tym eksperymencie, działa ze względu na znaczną różnicę w reaktywności (lub aktywności chemicznej) magnezu i miedzi. Magnez jest bardzo aktywnym metalem, każdy z jego atomów z łatwością pozbywa się dwóch elektronów, tworząc jony magnezu Mg 2+. Atomom magnezu brakuje elektronów, więc płytka magnezowa staje się naładowana dodatnio.
Magnez jest bardziej aktywny niż miedź. Jeśli te dwa metale wejdą do tego samego ogniwa elektrochemicznego, znajdujące się w nim elektrony przejdą przez diodę LED z magnezu do miedzi. To z powodu tego ruchu elektronów zapala się dioda LED. Elektrony są cząsteczkami naładowanymi ujemnie, więc na drucie miedzianym gromadzi się nadmiar ładunku ujemnego.
W takich warunkach zarówno miedź, jak i magnez czują się niekomfortowo, ale na ratunek przychodzi cytryna. To znaczy nie sama cytryna, ale jej sok zawierający kwas cytrynowy. W roztworze kwas cytrynowy rozkłada się częściowo na aniony cytrynianowe i jony wodorowe H + (protony). Innymi słowy, sok z cytryny działa jak roztwór elektrolitu, który może przewodzić prąd. Następnie protony pobierają nadmiar elektronów z drutu miedzianego i tworzą cząsteczki wodoru:
Jednocześnie dodatnio naładowane jony magnezu opuszczają pasek magnezu i przechodzą do roztworu. Oznacza to, że pasek magnezu stopniowo się rozpuszcza:
Jony magnezu przejdą do roztworu, aż pasek magnezu całkowicie się rozpuści.
Jak działa roztwór elektrolitu?
Z reguły elektrolit jest substancją zdolną do rozkładu na jony po rozpuszczeniu. Właściwie w ten sposób uzyskuje się roztwór elektrolitu. Elektrolitem może być nie tylko kwas cytrynowy, ale także chlorek sodu (sól kuchenna) i ogólnie prawie każda sól rozpuszczalna w wodzie. Po rozpuszczeniu elektrolitu powstają zarówno jony naładowane ujemnie (aniony), jak i dodatnio (kationy). Pomagają utrzymać równowagę między ładunkami w ogniwie, usuwając nadmiar dodatniego lub ujemnego ładunku z metalowych części akumulatora. Bez takiej równowagi bateria nie byłaby w stanie działać.
Dzieci będą zachwycone: eksperyment z pozyskiwaniem prądu z cytryny
Do prowadzenia eksperymentów naukowych nie jest potrzebne wyposażone laboratorium chemiczne i tytuł naukowca. Wielu z nas zapewne pamięta eksperyment z uzyskaniem prądu z cytryny, który przeprowadziliśmy na fizyce w szkole. Spróbuj powtórzyć to swoim dzieciom, młodszym rodzeństwu lub samemu. Będzie ciekawie i nie będzie trudno. A więc zacznijmy: jak zrobić prąd z cytryny i zamienić go w prawdziwą baterię?
Czego potrzebujesz do eksperymentu z pozyskiwaniem prądu z cytryny
Podobne eksperymenty można przeprowadzić z ziemniakami, kiwi, jabłkami oraz innymi warzywami i owocami. Ale to właśnie cytryna daje najwięcej napięcia dzięki kwasowi cytrynowemu. Słoik elektrolitu również nadaje się do tych samych celów, ale nie będzie można go kupić w sklepie za rogiem. Ponadto stosowanie elektrolitu jest niebezpieczne.
Przygotujmy składniki
- co najmniej dwie średniej wielkości cytryny;
- co najmniej jeden drut miedziany (można zastąpić monetą) o długości 5-6 centymetrów;
- blacha cynkowa (można ją zastąpić metalową śrubą, śrubą, wkrętem samogwintującym lub drutem);
- krótkie (10-30 centymetrów) cienkie przewody łączące;
- multimetr do określenia napięcia;
- dowolna dioda LED jako żarówka (dzięki niej zobaczysz obecność prądu).
O różnicach między świetlówką a lampami z diodami przeczytasz tutaj – Analiza i porównanie parametrów lamp
Po zakończeniu przygotowań możesz przejść do najciekawszej części – eksperymentu.
Wydobywamy prąd z cytryny: instrukcje krok po kroku.
Aby uzyskać prąd z cytryny, musisz wykonać sześć kolejnych kroków. Ale pamiętaj o bezpieczeństwie! Zaleca się założenie rękawiczek i okularów (szczególnie dla dzieci) oraz przeprowadzenie doświadczenia na tacy lub desce do krojenia.
- Krok pierwszy. Bierzemy jedną cytrynę, myjemy ją i wycieramy do sucha. Następnie owoce należy lekko zagnieść w dłoni.
- Krok drugi. Po bokach cytryny umieść przewodniki – po jednej stronie drutu miedzianego, a po drugiej – metalową śrubę lub płytkę cynkową. Przewodniki powinny zagłębić się w owoc na 2-3 centymetry.
- Krok trzeci. Do przewodów miedzianych i metalowych dołączamy krótkie przewody.
- Krok czwarty. Za pomocą multimetru mierzymy napięcie. Powinien wynosić około 1 wolta.
- Krok piąty. Z drugą cytryną robimy kroki od pierwszego do czwartego.
- Krok szósty. Łączymy ze sobą dwie baterie. Aby to zrobić, za pomocą jednego drutu ukośnie przymocuj przewody miedziane i metalowe (lub cynkowe) do różnych cytryn. Do pozostałych dwóch przewodów dołączamy również przewody.
Prawie wszystko gotowe! Pozostaje ostrożnie przymocować diodę LED do wystających końców przewodu łączącego. Jeśli zrobiłeś wszystko dobrze, zapali się mała żarówka. Z cytryny dostaliśmy prąd! Nawiasem mówiąc, im więcej cytryn użyjesz i połączysz ze sobą szeregowo, tym więcej napięcia dadzą. Do zapalenia standardowej żarówki potrzeba około 15 cytryn.
Wyjaśnienie doświadczenia
Cynk i miedź, z których wykonane są pobrane przewodniki, w kontakcie z kwasem cytrynowym rozpoczynają reakcję chemiczną. W rezultacie przewodnik miedziany zostaje naładowany dodatnio, a przewodnik cynkowy lub metalowy staje się naładowany ujemnie.
Następnie połączyliśmy naładowany drut i śrubę drutem, tworząc zamkniętą sieć, w której powstał prąd elektryczny. Rezultatem jest bateria o słabym naładowaniu.
Bateria cytrynowa może pracować nawet kilka godzin, podczas gdy trwa reakcja chemiczna. Eksperyment można przeprowadzić z dużą liczbą cytryn. Nie zalecamy jednak eksperymentowania z bateriami kupionymi w sklepie. To może być niebezpieczne.
