Introduktion Säkerhet Materiel Förarbete
Introduktion Säkerhet Materiel Förarbete
Introduktion Säkerhet Materiel Förarbete
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Enzymaktivitet i ananas<br />
Av: Pia Öhlund<br />
Tid för förberedelser: 20 minuter Tid för genomförandet: 20 minuter<br />
Antal tillfällen: 1 Svårighetsgrad: Kräver viss labvana<br />
<strong>Säkerhet</strong>sfaktor: Ofarligt<br />
<strong>Introduktion</strong><br />
Det kan vara svårt att få gelatinet att stelna på en tårta med rå ananas. Om vi istället använder<br />
konserverad ananas fungerar det mycket bättre!<br />
Med detta experiment visar vi hur enzymerna i frukt denatureras av konservering som innebär stark<br />
upphettning av livsmedlet. Det kan ju faktiskt vara bra att veta om man ska lägga ananas på tårtan<br />
med gelé!<br />
<strong>Säkerhet</strong><br />
Experimentet i sig är riskfritt, men iakttag viss försiktighet med kniven.<br />
I detta försök används inga farliga kemikalier. Avfallet komposteras lämpligen.<br />
<strong>Materiel</strong><br />
• Gelatin<br />
• Färsk ananas<br />
• Konserverad ananas<br />
• Vass kniv<br />
• Skärbräda<br />
• Fat<br />
• 3 Petriskålar<br />
• Pinne att röra om med<br />
• Värmeplatta/ vattenkokare<br />
• Etiketter<br />
Obs! Frukten får inte var för mogen, då går processen långsammare. Välj en ananas som är relativt<br />
hård (omogen).<br />
<strong>Förarbete</strong><br />
Inget förarbete (förutom att ställa i ordning gelatinet).
Utförande<br />
Gör ca 200 ml gelatin enligt anvisningar på paketet och fyll muggarna i förväg om du vill spara tid<br />
under själva experimentet.<br />
1. Skär upp tärningar av den färska ananasen.<br />
2. Skär upp tärningar av den konserverade ananasen (lika stora bitar som den färska!).<br />
3. Numrera muggarna, 1-3.<br />
4. När gelatinet nästan har stelnat, efter ca 6 minuter, tillsätt frukt i muggarna enligt nedan:<br />
5. Var noga med att frukten täcks av gelatinet!<br />
6. Observera vad som händer (bör vara klart inom cirka 30 minuter).<br />
mugg och innehåll 5 min 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min<br />
1. Bara gelatin<br />
2. Gelatin +<br />
konserverad ananas<br />
3. Gelatin + färsk<br />
ananas<br />
Notering! Enzymet finns i både josen och i fruktköttet, så båda går att använda. Effektiviteten hos<br />
enzymet i ananasen kan variera mellan olika tillfällen, kanske beroende på hur frukterna lagrats. För<br />
säkerhets skull bör du testa experimentet i förväg för att försäkra dig om att enzymet är effektivt.<br />
Följdfrågor till experimentet<br />
Gelatin är ett protein. Bromelain är ett enzym som bryter ned protein, som finns i ananas. Titta på<br />
etiketten på den konserverade ananasen innan du svarar på följande frågor:<br />
1. Vad hände i experimentet som antyder att det har skett någon form av enzymaktivitet?<br />
2. Skulle någonting annat ha kunnat orsakat detta?<br />
3. Vad är det för ingredienser i konserverad ananas?<br />
4. Vad var syftet med mugg nr. 1?<br />
5. Vad händer med ananasen då den konserveras?<br />
6. Vilken faktor skulle du föreslå har den största effekten på enzymaktivitet?<br />
7. Människor som arbetar med rå ananas måste bära handskar. Varför tror du att det är så?<br />
8. Köttmörare innehåller enzymer som bromelain, eller papain, ett liknande enzym från<br />
papaya. Föreslå hur dessa enzymer arbetar.<br />
Variation 1<br />
Variera temperaturen. Går det långsammare eller snabbare om det är kallt, rumstemperatur eller<br />
varmt?<br />
Variation 2<br />
Upphetta fruktbitarna i ugn vid 150 °C några minuter innan de läggs på gelatinet i rumstemperatur.<br />
Jämför med frukt som inte upphettats. Vad beror skillnaden på? (Observera: Även om ugnen är 150<br />
grader blir själva frukten maximalt 100 grader ifall den inte torkar ut helt! )
Bakgrundsfakta<br />
Proteiner<br />
Proteiner har två viktiga funktioner i din kropp. Dels utgör proteinerna det viktigaste materialet för<br />
att bygga upp kroppens olika delar, dels styr proteinerna de kemiska omvandlingar som är hela<br />
grunden för liv. Man känner idag till flera tusen proteiner med olika funktion, av vilka de flesta är<br />
enzymer. Enzymer är alltså de proteiner som sköter de kemiska omvandlingarna i kroppen och<br />
fungerar som katalysatorer. En katalysator är ett ämne som i liten mängd påskyndar en reaktion<br />
mellan andra ämnen utan att själv förbrukas.<br />
Gelatin består liksom kött av proteiner. Proteiner är uppbyggda av mindre molekylbyggstenar,<br />
nämligen aminosyror. Det finns 20 olika aminosyror. I en vanlig proteinmolekyl är det oftast flera<br />
hundra aminosyror ihopkopplade med så kallad peptidbindningar. Proteiner är inte bara långa raka<br />
kedjor av aminosyror, de böjer och veckar kedjorna på olika sätt. Det är aminosyrorna som avgör<br />
vilken form proteinet skall få och det är också aminosyrorna som bestämmer vilken funktion<br />
proteinet får i kroppen. Samma aminosyraföljd ger alltid samma "nystan", det vill säga samma 3dimensionella<br />
form. Funktionen hos sådana proteiner bygger på att denna tredimensionella form<br />
vänder speciella "kemiska ytor och håligheter" mot omgivningen. Andra molekyler och<br />
cellstrukturer kan sedan samverka med dessa.<br />
Kött består av muskelvävnad (bindväv) som samlar sig kring senor som i sin tur fäster musklerna i<br />
skelettet. Det huvudsakliga proteinet i bindväven är kollagen. Det är långa spiralvridna kedjor av<br />
proteiner bestående av cirka 1050 aminosyror. Mellan dessa kollagenkedjor finns tvärbindningar<br />
som är mer eller mindre stabila. Tre av dessa kedjor bildar tillsammans en trippelspiral. Flera<br />
trippelspiraler bildar tillsammans kollagenfibriller, som stabiliseras genom tvärbindningar i ett<br />
tredimensionellt nätverk. Muskelfibrerna innehåller små proteintrådar, aktin och myosin , som<br />
bildar ett regelbundet mönster. När musklerna drar ihop sig bildas tvärbindningar mellan dessa<br />
proteiner, aktin och myosin. Musklerna förkortas och utför på så vis ett arbete. För att arbete ska<br />
kunna uträttas behövs energi, denna energi heter glykogen (uppbyggt av amylos vars nedbrytning<br />
katalyseras av enzymet amylas ) i muskelcellerna.<br />
Denaturering av proteiner<br />
Denaturering innebär att ett ämnes egenskaper förändras så att det inte kan användas för ett<br />
specifikt ändamål. Då proteiner denatureras ändras deras form och proteinets biologiska aktivitet<br />
försvinner. Proteinerna består, så som ovan nämnts, av långa, mer eller mindre veckade kedjor.<br />
Veckningen stabiliseras genom att olika delar av en kedja binds till varandra. Bindningarna är dock<br />
relativt svaga och därför bryts de lätt, vilket leder till att molekylens form ändras. Detta leder i sin<br />
tur till att och att dess löslighet ändras. Man säger att proteinet denatureras.<br />
Ett protein är därför känsligt för bland annat värme, extrema saltkoncentrationer, organiska<br />
lösningsmedel, reducerande medel och pH förändringar. Vid höga temperaturer denatureras<br />
proteinet . Ökad värmerörelse stör de intermolekylära intraktionerna inom proteinet. pH-ändringar<br />
, medför ändrade laddningar i vissa aminosyror, vilket påverkar deras samverkan med andra<br />
grupper i kedjan. Den tredimensionella formen på ett protein blir alltså annorlunda om temperaturen<br />
eller pH ändras. Om temperaturen ändras väldigt mycket kommer alltså proteinet att förändras så<br />
pass mycket att det förlorar sin funktion, dvs. proteinet (ex. enzymet bromelain) förstörs och denna<br />
process är inte reversibel.<br />
Gelatin<br />
Gelatin kan framställas ur växter eller djur. Det har genom tiderna framställts från berberisbär, röda<br />
vinbär, äpplen, islandsmossa, karragentång, hjorthorn och fiskars simblåsor. Idag görs 90 % av
världens geltatin av hud (svinsvål och nötspalt). Gelatin görs nästan bara av grissvål, men ibland<br />
tillsätts även kollagen, som tas från ben och hudar från nötdjur som slaktats och godkänts som<br />
humanföda.<br />
Proteinet kollagen i ben och hud är den egentliga råvaran vid framställning av gelatin. Naturligt<br />
kollagen tillhör strukturproteinerna, vars grundbyggsten är en polypeptidkedja, bestående av cirka<br />
1050 aminosyror. På grund av sin struktur är kollagen olösligt. Det kan göras lösligt genom<br />
hydrolys till gelatin eller gelatinhydrolysat.<br />
Konservering<br />
Det finns olika typer av konservering som används för att förhindra att mat blir förstörd av<br />
bakterier, jästsvampar eller mögel. Exempel på konserveringsmetoder är: torkning, rökning,<br />
saltning, fermentering (mjölksyrajäsning), värmebehandling, kemisk konservering, djupfrysning<br />
och förpackningsgaser.<br />
Kemisk konservering innebär att man tillsätter vissa kemiska ämnen till livsmedlen för att öka deras<br />
hållbarhet. Förutom kemiska tillsatser finns ”naturliga” ämnen som har konserverande effekt, t ex<br />
salt (natriumklorid), höga koncentrationer av socker och etanol.
pH-förändringar vid fotosyntes<br />
Av: Markus Andersson<br />
Tid för förberedelser: 10 minuter Tid för genomförandet: 60 minuter<br />
Antal tillfällen: 2 Svårighetsgrad: Kräver viss labvana<br />
<strong>Säkerhet</strong>sfaktor: Ofarligt<br />
<strong>Introduktion</strong><br />
Alla har vi nog hört att gröna växter producera syrgas och kanske har vi också hört att de tar upp<br />
koldioxid. Men vet vi också att de konsumerar syrgas och producerar koldioxid i mörker? För att<br />
testa detta på ett enkelt sätt kan vi använda oss av skott från en vattenväxt (t.ex. vattenpest) som vi<br />
utsätter för olika behandlingar, t.ex. jus eller mörker och undersöka om pH-värdet i det omgivande<br />
vattnet ändrar sig.<br />
Riktlinjer<br />
Försöket passar väl som elevexperiment där eleverna jobbar i par. Beroende på elevernas<br />
färdigheter i laborativt arbete och förkunskaper i kemi och biologi kan man välja att ge eleverna<br />
denna labb som en öppen labb med endast vad som står under rubriken introduktionen som ledning,<br />
eller att ge eleverna även punktlistan under rubriken utförande. Min erfarenhet är att labben upplevs<br />
som mycket mer intressant av eleverna om de får planera den själva.<br />
<strong>Säkerhet</strong><br />
Experimentet är praktiskt taget riskfritt. Undvik dock kontakt av BTB med hud, ögon och kläder.<br />
Vattenlösning med BTB/fenolftalein kan hällas ut i vattnet. Skotten från vattenpest kan lämpligen<br />
slängas i de vanliga soporna eller i en kompost. Observera att vattenpesten inte ska slängas ut i<br />
närbeläget vattendrag eller sjö, eftersom den då kan klara av att etablera sig och slå ut inhemska<br />
arter.<br />
<strong>Materiel</strong><br />
• 3 ofärgade flaskor (ca 150&bnbsp;ml) med tättslutande lock<br />
• 2 lika stora skott (ca 6&bnbsp;cm) från vattenpest<br />
• pH-indikatorer<br />
• BTB<br />
• Fenolftalein<br />
• (Alternativ: En universalindikator kan ersätta BTB och fenolftalein)<br />
• (Alternativ: pH-meter kan också användas)<br />
• Kranvatten<br />
• Ljuskälla (lysrör eller glödlampa)<br />
• pH-meter (ej nödvändig för experimentet)
<strong>Förarbete</strong><br />
Köp in unga och välmående exemplar av vattenpest.<br />
Ställ fram flaskor med tättslutande lock.<br />
Några timmar innan laborationen fyll upp en hink eller liknande med vatten så att vattnet blir<br />
rumstempererat. Helst bör vattnet vara vatten från ett akvarium eller en sjö, så att vattnet är<br />
näringsrikt annars är det stor risk att vattenväxterna drabbas av näringsbrist och därmed fungerar<br />
fotosyntesen dåligt. Om man använder kranvatten kan man tillsätta NaNO 3 respektive Na 2 HPO 4 för<br />
att ge en slutkoncentration på vattnet på 6.4 µM kväve samt 0.4 µM fosfor.<br />
Utförande<br />
Dag 1: Sätt igång experimentet<br />
1. Häll lite av det rumstempererade vattnet i två små bägare. Tillsätt 1 droppe fenolftalein<br />
respektive några droppar BTB. Notera eventuellt färgomslag.<br />
• Eventuellt: Mät pH på det rumstempererade vattnet med pH-meter.<br />
2. Placera de tre skotten i var sin flaska så att skottens ovansida pekar mot flaskans botten. Fyll<br />
flaskorna så att de blir helt fulla. Skruva på locket och se till att inga större luftbubblor finns<br />
i flaskorna.<br />
3. Ställ samtliga tre flaskor upp och ner (så att korken inte skuggar skottet).<br />
4. Placera ut flaskorna:<br />
• Flaska 1: under en ljuskälla (t.ex. lysrör) som är tänd hela dygnet (behandling med<br />
konstant och starkt ljus)<br />
• Flaska 2: vid ett fönster där den får dagsljus på dagen och mörker på natten<br />
(dagsljusbehandling).<br />
• Flaska 3: i mörker, t.ex. i ett stängt skåp (mörkerbehandling).<br />
5. Låt flaskorna stå till nästa dag.<br />
Ljusbehandling för tre replikat av vattenpest och en referens utan växt.<br />
Bild 1: © Markus Andersson
Dag 2: Observera resultatet<br />
1. Ta bort flaskorna från ljuskällan och plocka ut skotten från<br />
flaskorna (för att undvika att t.ex. mörkerbehandlingen börjar<br />
fotosyntetisera).<br />
2. Avläs experimentet genom att hälla av lite av vattnet från<br />
flaskorna till vardera två bägare där en droppe fenolftalein<br />
respektive några droppar BTB tillsätts.<br />
3. Notera färgen och jämför med den färgen du startade med<br />
och hur de olika behandlingarna skiljer sig åt. Fenolftalein<br />
går från färglös till lila vid pH ca 8-10. BTB är gult i sur<br />
lösning, grön i neutral lösning och blå i basisk lösning.<br />
Uppskatta ett ungefärligt pH för vattnet i flaskorna.<br />
4. Mät eventuellt pH-värdet på vattnet i flaskorna med en pH-<br />
meter och jämför dina uppmätta resultat med dina uppskattade värden via färgavläsning.<br />
5. Förklara dina resultat utifrån en växts fotosyntes och respiration.<br />
Bakgrundsfakta<br />
Solljusets betydelse för växter<br />
Nästan alla växter bedriver fotosyntes. Ett fåtal växter är parasiter på andra växter och har därmed<br />
ingen egen fotosyntes eller en begränsad fotosyntesförmåga som t.ex. misteln har. Solljuset är det<br />
som driver fotosyntesen där koldioxid reduceras till sockerarter. Via fotosyntesen omvandlas<br />
oorganiska ämnen som koldioxid och vatten till organiskt socker. Detta är förutsättningen för nästan<br />
allt liv på vår planet.<br />
Ibland kan växterna få för mycket solljus, vilket skapar en stor produktion av s.k. fria radikaler som<br />
kan förstöra växternas celler, men för att skydda sig för detta finns olika mekanismer där en<br />
mekanism är att bilda pigment som fungerar som ett solfilter. Om det istället är brist på ljus bildar<br />
växterna pigment som hjälper klorofyllet att plocka upp solens strålar. Dessa olika pigment är oftast<br />
gula eller röda och kallas för karotenoider och det är bland<br />
annat dessa pigment som ger höstlöven dess gula och röda<br />
färg.<br />
Fotosyntesen<br />
Fotosyntesen är en förutsättning antingen direkt eller indirekt<br />
för nästan allt levande på jorden. Ett undantag är<br />
kemoautotrofa bakterier som istället utnyttjar energin ur<br />
kemiska reaktioner. I fotosyntesen kan växter, alger och vissa<br />
cyanobakterier använda sig av solens ljusenergi för att<br />
ombilda koldioxid och vatten till glukos och syrgas.<br />
Reaktionsformeln för fotosyntesen kan skrivas enligt<br />
följande:<br />
6CO 2 + 6H 2 O + ljusenergi " C 6 H 12 O 6 + 6O 2<br />
BTB i sur, neutral respektive<br />
basisk lösning.<br />
Bild 2: © Wikipedia<br />
Bilden visar en kloroplast med tylakoider.<br />
Flera tylakoider tillsammans benämns<br />
granum. Tylakoidmembranet består ett<br />
dubbelt lager av fosfolipider.<br />
Bild 5: © Wikipedia<br />
Fotosyntesen sker i klorplasterna som i sin tur är uppbyggda av tylakoider (Bild 5) och det är i
tylakoidmembranet som fotosyntesreaktionen sker. Tylakoidmembranet är uppbyggt av ett dubbelt<br />
lager av fosfolipider.<br />
Mellan fosfolipiderna i membranet finns klumpar av pigment som bildar s.k. fotosystem (Bild 6).<br />
Varje fotosystem består av antennpigment som har till uppgift att fånga upp solljus av olika<br />
våglängd. Många av dessa pigment är karotenoider som ofta är röd- eller gulfärgade, vilket också är<br />
de pigment som ger höstlöv dess röda och gula färg. I antennpigmenten förekommer också<br />
klorofyll, framförallt klorofyll a och klorofyll b.<br />
Uppbyggnaden av ett fotosystem som finns i<br />
tylakoidmembranet inuti kloroplasterna.<br />
Bild 6: © Wikipedia<br />
De olika antennpigmenten absorberar olika våglängder av ljus och därmed kan en större del av<br />
solljuset användas för fotosyntes. I Bild 7 visas vilka våglängder som klorofyll a och b absorberar<br />
av solljuset och som bilden visar är det framförallt blått och rött ljus som absorberas. Anledningen<br />
till att de absorberar olika våglängder är att molekylerna ser något annorlunda ut och därmed<br />
absorberar och reflekterar ljus olika och därmed har de två pigmenten också något olika färgnyanser<br />
(Bild 8). Karotenoider kan effektivt absorbera solljus med en våglängd upp till ca 530 nm, vilket<br />
varken klorofyll a eller b kan. Den energi som pigmenten absorberas förs över via andra pigment<br />
till reaktionscentrat i fotosystemet där klorofyll a använder energin till för att driva det som i<br />
fotosyntesen kallas för ljusreaktionen.<br />
Vid olika våglängder absorberar klorofyll a och b ljus olika väl. Framförallt<br />
blått och rött ljus absorberas effektivt av pigmenten.<br />
Bild 7: © Svante Åberg
Tag bort rost med elektrisk ström<br />
Av: Svante Åberg<br />
Tid för förberedelser: 20 minuter Tid för genomförandet: 20 minuter<br />
Antal tillfällen: 2 Svårighetsgrad: Kräver viss labvana<br />
<strong>Säkerhet</strong>sfaktor:<br />
Fara vid felaktigt<br />
utförande<br />
<strong>Introduktion</strong><br />
Rost på järn och stål är ett stort problem, speciellt på komplicerade detaljer som är svåra att putsa.<br />
Med elektrolys, dvs en kemisk reaktion som drivs av en elektrisk ström, kan man återbilda järnet ur<br />
rosten.<br />
Riktlinjer<br />
Experimentet utförs gärna som elevförsök i hemmet eller som demonstration.<br />
<strong>Säkerhet</strong><br />
Målarsoda (natriumkarbonat) är basisk, men basen är svag och lösningen utspädd. Därför är<br />
riskerna mycket små. Undvik emellertid stänk i ögonen. Skölj ordentligt med vatten om du får stänk<br />
i ögonen.<br />
Förvara lösningen i en plastdunk. Förvara den inte i ett metallkärl, speciellt inte i aluminium. Den<br />
orsakar korrosion. Överbliven lösning kan användas för ny avrostning, även om den är brunfärgad.<br />
Lösningen kan spolas ned i avloppet utan risk om man spolar ordentligt med vatten efteråt.<br />
Tänk på att batteriladdaren ska anslutas till ett jordat uttag.<br />
Två saker måste du vara noga med:<br />
1. Låt den gas som bildas vid elektrolysen ventileras bort. Det bildas nämligen knallgas, precis<br />
som vid snabbladdning av bilbatterier. Knallgasen är explosiv om den samlas i tillräckligt<br />
hög koncentration.<br />
2. Låt inte vatten komma på batteriladdaren. Inuti finns nämligen 220 V växelspänning. Om du<br />
spiller vatten på laddaren ska du genast dra kontakten ur väggen. Låt sedan laddaren torka i<br />
flera dygn. Eventuellt måste den öppnas och rengöras.
<strong>Materiel</strong><br />
• Rostigt föremål<br />
• Plastbalja lagom stor för att rymma det rostiga föremålet<br />
• Batteriladdare för bilar<br />
• Elektrod av järn eller stål. Bästa resultatet fås om elektroden har en form så att den kan<br />
omge det rostiga föremålet. (Järnelektroden förbrukas, elektrod av legerat stål förbrukas<br />
eventuellt inte)<br />
• Vatten (H2O) • Natriumkarbonat (Na2CO3 , målarsoda).<br />
• Gummihandskar (ej nödvändigt).<br />
• Rostskyddande medel att smörja in det avrostade föremålet (ej nödvändigt).<br />
<strong>Förarbete</strong><br />
Inget särskilt förarbete.<br />
Utförande<br />
Avrostning<br />
1. Lös cirka 1 matsked (15 ml) natriumkarbonat per 5 liter vatten. Anpassa mängden lösning så<br />
att den räcker att sänka ned hela det rostiga föremålet.<br />
2. Sänk ned det rostiga föremålet.<br />
3. Placera laddaren så att den inte riskerar at bli fuktig.<br />
4. Anslut den negativa polen (blå eller svart) på batteriladdaren till det rostiga föremålet. (Det<br />
gör inget om klämman hamnar i lösningen).<br />
5. Anslut den positiva polen (röd) på batteriladdaren till järn/stål-elektroden.<br />
6. Sänk ned järn/stål-elektroden i badet utan att klämman ligger i lösningen. Helst ska<br />
elektroden ligga runt omkring det föremål som ska avrostas. För att göra det det kan man<br />
koppla samman flera järn/stål-bitar. Se till att järn/stål-elektroden inte är i kontakt med<br />
föremålet som ska avrostas.<br />
7. Om laddaren har en omkopplare för 6 V/12 V så bör du välja 6 V - det räcker för<br />
experimentet.<br />
8. Anslut batteriladdaren till ett jordat uttag och slå på strömmen. Kontrollera på laddarens<br />
instrument att det verkligen går en ström genom lösningen.<br />
9. Vänta några timmar på att processen ska bli klar. Tiden beror på mängden rost och<br />
föremålets storlek.
Efterbehandling<br />
1. Koppla från strömmen och tag upp föremålet när det hela är klart. Lösningen har blivit<br />
brunfärgad av rost mm som flagnat.<br />
2. Skrubba föremålet med en diskborste och vatten för att få bort lösa rostflagor. Skölj med<br />
rent vatten och torka.<br />
3. Eftersom metallytan är i det närmaste kemiskt ren bör den behandlas med någon<br />
rostskyddande film för att inte rosta på nytt. Använd t ex sådan man skyddar verktyg med.<br />
4. Elektrolytlösningen förbrukas inte utan kan sparas för avrostning av andra järnföremål. Om<br />
lösningen är alltför smutsig kan du dock kasta den.<br />
Bakgrundsfakta<br />
Reaktionsformler<br />
Vid katoden<br />
Katoden är den elektrod som är ansluten till den negativa polen på batteriladdaren. I detta fall är<br />
katoden föremålet som ska avrostas.<br />
Järn(III)jonerna i rosten kan reduceras till järn genom att lägga på en tillräckligt negativ spänning.<br />
Reaktionen sker enligt<br />
Fe 3+ (s) + 3 e - → Fe(s)<br />
Den spänning som batteriladdaren ger är mycket högre än som är nödvändig. Det leder till att även<br />
vatten reduceras. Det blir vätgasutveckling.<br />
4 H 2 O(l) + 4 e - → 2 H 2 (g) + 4 OH -<br />
Vid anoden<br />
Järnelektroden löses upp i en reaktion som är den motsatta den vid katoden.<br />
Fe(s) → Fe 3+ (aq) + 3 e - .<br />
Eventuellt avges bara två elektroner. Järn kan nämligen vara tvåvärt eller trevärt.<br />
Fe(s) → Fe 2+ (aq) + 2 e - .<br />
Vissa stållegeringar är så pass motståndskraftiga mot korrosion att de inte löses upp. I så fall kan<br />
man använda samma elektrod hur länge som helst. Eftersom laddarens spänning är så pass hög så<br />
sker även vid anoden en reaktion med vatten.<br />
4 OH - → 2 H 2 O(l) + O 2 (g) + 4 e -<br />
Knallgas bildas vid elektrolys av vatten<br />
Reaktionerna med vatten vid katoden och anoden leder till att det bildas knallgas, dvs en blandning<br />
av vätgas,H 2 (g), och syrgas,O 2 (g), i proportionen 2:1. Nettoreaktionen för sönderdelningen av<br />
vattnet är<br />
2 H 2 O(l) → 2 H 2 (g) + O 2 (g)<br />
Knallgasproduktion är ett problem även vid laddning av batterier, speciellt vid snabblöaddning då<br />
en högre spänning används. Det är därför viktigt att ventilera bort de bildade gaserna. Man ska alltid<br />
ta bort skruvlocken på varje cell på batteriet när det laddas.
Knallgas är mycket energirik i förhållande till vatten. Man har därför föreslagit att omvandla<br />
elektrisk energi till kemisk energi i form av vätgas. Vätgasen kan sedan användas för att driva<br />
förbränningsmotorer (som i bilar) genom att låta den reagera med luftsyret. Vätgas och syre kan<br />
också användas för att få tillbaka elektrisk energi. Det sker i s k bränsleceller där väte och syre<br />
reagerar till vatten under avgivande av elektrisk ström. Väte är en mycket ren energiform eftersom<br />
den enda reaktionsprodukten är vatten, som ju är helt ofarligt för människor och natur.<br />
Natriumkarbonatets funktion<br />
Rent vatten är en dålig elektrisk ledare. Om man inte satte till saltet natriumkarbonat (Na 2 CO 3 )<br />
skulle det bara gå en liten ström genom lösningen. När saltet löser sig i vattnet blir jonerna fria. En<br />
lösning med joner som leder elektrisk ström kallas för en elektrolyt.<br />
Na 2 CO 3 (s) → 2 Na + (aq) + CO 3 2- (aq)<br />
De positiva jonerna (Na + ) vandra mot minuspolen och de negativa (CO 3 2- ) mot pluspolen.<br />
Natriumkarbonat är ett lämpligt salt för elektrolyten eftersom det är svagt basiskt.<br />
Vad är rost?<br />
Rost är ett resultat av korrosion på järn. Om vi studerar korrosionen närmare ser vi följande:<br />
Det finns ingen exakt formel för rost eftersom rost är en blandning av olika föreningar.<br />
Huvudkomponenten i rost är dock järn(III)oxid, Fe 2 O 3 . 3 H2 O. Om vi tar reaktionerna från början så<br />
sker följande:<br />
Järnet oxideras vid anoden (minus-pol):<br />
Fe(s) → Fe 2+ (aq) + 2 e -<br />
Syret reduceras vid katoden (plus-pol):<br />
O 2 (aq) + 2 H 2 O(l) + 4 e - → 4 OH - (aq)<br />
Järn(II) oxideras vidare till järn(III):<br />
Fe 2+ (aq) → Fe 3+ (aq) + e -<br />
Järn(III) reagerar med hydroxid till "rost":<br />
2 Fe 3+ (aq) + 6 OH - → Fe 2 O 3 . 3 H2 O(s)<br />
Foto: © Svante Åberg
Korrosionsskydd<br />
Korrosion orsakar enorma ekonomiska skador varje år. Korrosionsskydd är<br />
därför av stor betydelse. Eftersom korrosionshastigheten kan öka markant<br />
ifall man får en sluten strömkrets, så är en skyddsmetod att försöka hindra<br />
detta. Den slutna strömkretsen kräver att joner kan vandra mellan polerna.<br />
Det kan ske bara ske när jonerna är lösta i en vätska. Därför är det viktigt att<br />
undvika fukt.<br />
Rent vatten är dock en dålig elektrisk ledare. Men ju mer lösta salter vattnet<br />
innehåller, desto bättre blir ledningsförmågan. Saltningen av vägarna är<br />
därför ett stort problem. När det salta vattnet stänker upp på bilen är<br />
förutsättningarna för rost särskilt gynnsamma.<br />
Man kan dock förhindra att syre, vatten och salt kommer i kontakt med metallen. Det görs genom<br />
att metallen lackas eller målas med en tät färg. Underreden på bilar beläggs med en tät, seg massa.<br />
Det finns ytterligare en metod att förhindra korrosion. Om t ex järn är i metallisk kontakt med en<br />
mer oädel metall, såsom zink, så korroderar zinken först. Detta används ofta på stora båtar.<br />
Korrosionen brukar vara mest problematisk nära propellern där vattnets och bubblornas rörelser<br />
skyndar på processen. Därför brukar man placera offeranoder av zink eller magnesium direkt på<br />
metallskrovet i närheten av propellern. Eftersom offeranoderna sakta förbrukas så måste de bytas ut<br />
med jämna mellanrum.<br />
Det allra vanligaste exemplet på zink som skyddar järn är metoden med<br />
förzinkning av spik och plåt mm. Förzinkning sker genom att doppa<br />
järnföremålet i smält zink. Ska du spika utomhus, där det är fuktigt, så bör du<br />
använda förzinkad spik.<br />
Foto: © Svante Åberg<br />
Man kan se ordningsföljden ädel-oädel i metallernas spänningsserie, där guld<br />
och platina är de ädlaste medan magnesium och zink tillhör de mera oädla. Foto: © Svante Åberg<br />
Ett specialfall är aluminum, som faktiskt är en mycket oädel metall men ändå<br />
inte korroderar så lätt. Det beror på att när ytan oxideras av syret i luften så bildas ett mycket tätt<br />
skikt av aluminumoxid som förhindrar vidare reaktion. En olämplig kombination är att spika ett<br />
plåttak (tunnplåt av järn) med kopparspik. Den stora skillnaden mellan koppar och järn i<br />
spänningsserien gör att järnet kommer att korrodera särskilt snabbt, medan kopparen inte påverkas<br />
nämnvärt. Om man spikar ett kopparplåttak med järnspik så blir det i stället spiken som korroderar,<br />
vilket kanske är ännu värre eftersom mängden material i spiken är så liten att den förbrukas på<br />
ganska kort tid.
Normalpotentialer (Spänningsserien)<br />
Au + (aq) + e - ↔ Au(s) +1.69 V<br />
Ag + (aq) + e - ↔ Ag(s)<br />
+0.80 V<br />
Cu 2+ (aq) + 2 e - ↔ Cu(s) +0.34 V<br />
Fe 2+ (aq)+ 2 e - ↔ Fe(s)<br />
Al 3+ (aq) + 3 e - ↔ Al(s)<br />
-0.44 V<br />
-1.68 V<br />
O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4 e - ↔ 2H 2 O(l) +1.23 V<br />
Fe 3+ (aq) + e - ↔ Fe 2+ (aq)<br />
+0.77 V<br />
2 H + (aq) + 2 e - ↔ H 2 (g) 0 V<br />
Zn 2+ (aq) + 2 e - ↔ Zn(s) -0.76 V<br />
Al 3+ (aq) + 3 e - ↔ Al(s) -1.66 V<br />
Mg 2+ (aq) + 2 e - ↔ Al(s) -2.36 V<br />
Na + (aq) + e - ↔ Na(s)<br />
-2.71 V<br />
Ytterligare faktorer som kan öka korrosionshastigheten är föroreningar, spänningar och sprickor i<br />
metallen.