Інформація для вчителів
Застосування
Якщо занурити два різні метали, напр. мідь і цинк, у придатну рідину, то між цими металами можна виявити електричну напругу. Це ґрунтується на різному тиску розчиненнярізних металів.
Тиск розчинення - це прагнення металів утворювати у водному розчині йони й так набути конфігурації благородного газу.
Загалом діє правило: що неблагородніший метал, то більший його тиск розчинення. Це пояснює, зокрема, різну реакційну здатність благородних і неблагородних металів щодо йонів металів.
Застосування
Різний тиск розчиненнярізних металів використовують у батарейках, щоб перетворювати хімічну енергію на електричну.
Крім того, це поняття відіграє важливу роль у передбаченні хімічних реакцій за електрохімічним рядом напруг. Одне із застосувань - захист від корозії:щоб запобігти іржавінню металу, який треба захистити, з ним можна електропровідно з'єднати жертовний анодіз неблагородного металу.
Інша інформація для вчителя (1/6)
Попередні знання
Принцип
Учні мають уже опрацювати тиск розчинення в теорії. Крім того, має бути базове розуміння електричної напруги.
Метали цинк і мідь мають певне прагнення розчинятися у воді з віддаванням електронів. Це прагнення можна назвати «тиском розчинення». При розчиненні атоми металу з поверхонь металевих пластинок переходять в йонізований стан.
Інша інформація для вчителя (2/6)
Навчальна мета
Учні мають засвоїти подальші електрохімічні поняття, зокрема поняття «тиск розчинення». З його допомогою різні метали можна впорядкувати за реакційною здатністю (здатністю окиснюватися). Тиск розчинення дає змогу краще зрозуміти електричну напругу та її виникнення.
Завдання
Учениці та учні мають виявити електричну напругу між різними металевими пластинками (мідь, цинк, срібло) у дистильованій воді та в розчині купрум сульфату.
Інша інформація для вчителя (3/6)
Якщо занурити два різні метали в провідний розчин, йони металу дифундуютьу воду, тоді як електрони лишаються на поверхнях металу й заряджають їх негативно. Оскільки кожен метал має специфічний тиск розчинення, залежно від благородності перехід йонів (процес розчинення) відбувається різною мірою. Діє орієнтовне правило: що благородніший метал, то менше йонів переходить у розчин і то менший його тиск розчинення.
Вимірювана електрична напруга між обома електродами показує, що неблагородніший метал - у цьому випадку цинк - має більше прагнення розчинятися, ніж благородніша мідь. Через це в розчин переходить більше йонів цинку, а на цинковій пластинці відповідно лишається більше електронів.
Цинкдіє тут як мінус-полюс, мідь- як плюс-полюс. Проте через брак йонів у дистильованій воді струм текти не може; електрони лишаються на пластинках. Зі зростанням густини електронівна металах перехід дальших атомів металу в розчин дедалі більше гальмується, доки не встановиться рівновагаі процес розчинення не припиниться.
Інша інформація для вчителя (4/6)
Натомість у розчині купрум сульфату наявно достатньо йонів купруму, тож може відбуватися окисно-відновна реакція. Неблагородніші метали, як-от цинк або залізо, віддають електрони, йони купруму приймають їх і виділяються як елементарна мідь на благороднішому електроді (срібло). Так коло замикається і стає можливим потік електронів.
Інша інформація для вчителя (5/6)
Оскільки негативно заряджені електродні пластинки притягують позитивно заряджені йони металу, ті не можуть безперешкодно дифундувати в розчин. Натомість вони збираються біля поверхні електрода й утворюють так званий шар Гельмгольца– позитивно заряджений шар йонів.
Якби уможливити потік електронів від цинкового до мідного електрода, скажімо дротяним з'єднанням без помітного опору, цинкова пластинка поступово розчинилася б повністю (ці процеси докладніше описано в дослідах про корозію).
При розчиненні атоми металу переходять із поверхні в розчин, віддаючи електрони й переходячи в рідину як позитивно заряджені йони:
і
Інша інформація для вчителя (6/6)
Розчин можна приготувати для всіх, щоб заощадити реактиви!
- Розчин купрум сульфату : купрум сульфату додати до дистильованої води. Добре перемішати й долити дистильованою водою до .
Цей дослід слугує якісному виявленню, тому точна концентрація для досліду не має значення. Мета - з'ясувати, який метал благородніший, спостерігаючи, чи виділяється мідь.
За такого обсягу приготування можна використати хімічний стакан на . Його ви знайдете в інтернет-магазині PHYWE.
Правила безпеки
- Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
- Під час досліду всі присутні в приміщенні особи мають носити захисні окуляри!
- Щодо H- і P-фраз, будь ласка, зважайте на відповідні паспорти безпеки.
Інформація для учнів
Мотивація
Зображення
Якщо занурити два різні метали, скажімо мідь і цинк, у провідну рідину, між ними виникає електрична напруга. Якщо рідина не містить йонів (вона непровідна), струм текти не може.
Основою цього є так званий тиск розчинення – прагнення атомів металу віддавати електрони й переходити в розчин як позитивно заряджені йони, щоб набути конфігурації благородного газу. Якщо занурити неблагородніший метал, як-от цинк чи залізо, у розчин із йонами благороднішого металу, скажімо йонами купруму, на неблагороднішому металі відкладається елементарна мідь.
Цей принцип є центральною основою для електрохімічних комірок, батарейок і захисту від корозії.
Завдання
- Занур дві електроди з різних металів, напр. з міді й цинку, у чисту дистильовану воду і виміряй напругу, що виникає.
- Потримай різні метали в розчині купрум сульфату і поспостерігай за реакціями.
- За чим можна впізнати, який метал благородніший, а який неблагородніший?
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-01 | 1 |
| 2 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, червоний | 07356-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 2 мм-штепсель, 500 мм, синій | 07356-04 | 1 |
| 4 | Перехідний штекер, гніздо 4 мм/ 2 мм, 2 шт. | 11620-27 | 1 |
| 5 | Затискач типу "Крокодил", з ізоляцією, 2 мм, 2 шт. | 07275-00 | 1 |
| 6 | Набір електродів (Al, Fe, Pb, Zn, Cu) | 07856-00 | 1 |
| 7 | Мензурка, висока, 50 мл | 46025-00 | 1 |
| 8 | Блок із 8 заглибленнями, d=40 мм | 37682-00 | 1 |
| 9 | Купрум (ІІ) сульфат-5-гідрат | 30126-25 | 1 |
| 10 | Вода демінералізована, чиста, 10000 мл | CHE-882041145 | 1 |
| 11 | Срібна пластина, 150 x 150 x 0,1 мм, 1 шт. (бл. 25 г) | 31839-04 | 1 |
| 12 | Захисні окуляри, прозорі | 39316-00 | 1 |
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Пінцет | 64610-01 | 1 |
Складання (1/4)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/4)
Розчин можна приготувати для всіх, щоб заощадити реактиви!
- Розчин купрум сульфату (1 моль/л): 12,49 г купрум сульфату додати до 25 мл дистильованої води. Добре перемішати й долити дистильованою водою до 50 мл. Цей дослід слугує якісному виявленню, тому точна концентрація для досліду не має значення.
Складання (3/4)
Візьми блок вимірювальних комірок.
Наповни одну комірку блока чистою дистильованою водою, а другу комірку - розчином купрум сульфату.
Складання (4/4)
Розглянь обидві електроди, мідну (Cu) і цинкову (Zn) : якщо метал окиснився під час зберігання, скористайся шматком наждачного паперу, щоб зняти оксидний шар.
Далі зважай на колір з'єднань: синій (цинк, мінус) завжди до синього (чорного), а червоний (мідь, плюс) завжди до червоного!
З'єднай затискачі «крокодил» з металевими електродами (мідною і цинковою пластинками), а провідники через перехідні штекери - з давачем Cobra SMARTsense Voltage.
Виконання (1/3)
- Запусти measureAPP на мобільному пристрої.
- Натисни на датчику кнопку «Пуск» приблизно на 3 секунди.
- Приєднай датчик, торкнувшись поряд з описом датчика в measureAPP.
- Налаштуй показ виміряних значень, торкнувшись над діаграмою.
Виконання (2/3)
Встроми обидві електроди у вимірювальну комірку з дистильованою водою (див. рисунок) і поспостерігай за напругою.
Електроди неповинні торкатися одна одної!
Під час вимірювання не торкайся електродів безпосередньо пальцями, бо контакт із людською шкірою може призвести до похибок вимірювання. Тому електроди тримають лише за ізольовані затискачі «крокодил».
Виконання (3/3)
Вийми електроди з вимірювальної комірки з дистильованою водою. Заміни мідну електроду на срібну і встроми електроди в блок вимірювальних комірок із розчином купрум сульфату.
Електроди й тутнеповинні торкатися одна одної!
Поспостерігай за обома електродами й дослідь, на якій електроді виділяється мідь.
Потім повтори дослід, замінивши цинкову електроду спершу мідною, а потім залізною.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання