Muzikale puntenslijper

Samenvatting: In dit onderzoek werd uit verschillende delen van een puntenslijper in een redoxreactie stroom verwekt. Hiervoor werden de puntenslijper zelf -Al(SO4)3- en het mesje -FeSO4- gebruikt. Door de reactie aan te sluiten op een muzikale kaart kon men (zonder het knoopcelletje van deze kaart) m.b.v. de verkregen stroom muziek maken. Theoretische inleiding: Dit practicum gaat over redoxreacties. Een redoxreactie is een reactie waarbij elektronenoverdracht plaatsvindt tussen een reductor en oxidator. De reductor staat elektronen af terwijl een oxidator deze juist opneemt. Dit is makkelijker uit te leggen aan de hand van een voorbeeld: Co(s) + Ni² (aq) ↔ Co² (aq) + Ni(s) |___2e__↑ ↑____2e___| Bij dit voorbeeld stelt zich een evenwicht in. Bij de reactie naar rechts is Co de reductor, bij de reactie naar links is Co² de oxidator. Co² wordt daarom ook wel de geconjugeerde oxidator van de reductor Co genoemd. Hier is sprake van een redoxkoppel. Redoxkoppels zijn te vinden in BINAS tabel 48. Hierin staat ook het standaardelektrodepotentiaal V0. Dit is een maat voor de sterkte van het redoxkoppel. Hoe hoger deze V0 des te sterker de oxidator en des te zwakker de geconjugeerde reductor. Voor een redoxreactie heeft men 2 geconjugeerde redoxkoppels nodig. Zo’n redoxkoppel bestaat uit een vaste stof en een oplossing waarin de geconjugeerde ionen voorkomen.¹ De stroom die bij dit experiment is opgewekt is verkregen door een redoxreactie. Voor deze reactie heeft men dus ook een oxidator en een reductor nodig. Het vaste aluminium (de puntenslijper) in combinatie met aluminiumsulfaat -Al(SO4)3 - tegenover het ijzer (mesje van de puntenslijper) en ijzer(II)sulfaat -FeSO4- zorgen voor deze redoxreactie. Aluminium is de krachtigste reductor en fungeert als minpool. IJzer daarentegen is de krachtigste oxidator en wordt daarmee de pluspool. Dit betekent dat aluminium (red) elektronen afstaat en ijzer (ox) deze opneemt. Deze elektronen lopen door de draad waar ook de volt-/ampèremeter op aangesloten zit. Hiermee wordt resp. de spanning/stroom gemeten. De muzikale kaart kan i.p.v. de meter in de stroomkring geplaatst worden. In de stroomkring is Al(SO4)3 de elektrolyt. De FeSO4-oplossing zit in een open reageerbuis met hierom een dialyse membraan, dit voorkomt dat ionen uit deze oplossing in contact komen met de Al(SO4)3-oplossing. Dit zou een (onbedoelde) reactie tot gevolg kunnen hebben. Op basis van de gevonden waarden in BINAS zou bij deze redoxreactie een bepaald aantal volt moeten worden gemeten. Namelijk; V(ox) – V(red) oftewel (-0,44) - (-1,67) = 1,23 V ² Deze proef is een voorbeeld van de Daniëllcel, die uit 2 halfcellen bestaat. Beide halfcellen zijn gescheiden door een poreuze wand. Dit is de dialyse membraan tussen de FeSO4-oplossing en de Al(SO4)3 –oplossing. Door dit membraan kunnen de elektronen lopen: er ontstaat een gesloten stroomkring. Doel van de proef: Het doel van de proef is muziek te maken met een muzikale wenskaart m.b.v. stroom die opgewekt is uit een redoxreactie tussen aluminium en ijzer. Daarnaast moest ook het aantal volt en ampère gemeten worden dat ontstaat bij deze reactie.
Uitvoering: De uitvoering is iets anders verlopen dan in het bijgevoegde werkplan beschreven staat. - Een 100 ml bekerglas werd voor ongeveer de helft gevuld met een Al(SO4)3-oplossing. - In dit bekerglas kwam de aluminium puntenslijper, verbonden met de multimeter. - In een open reageerbuis, met aan één kant een dialyse membraan, werd een FeSO4-oplossing gedaan. Tevens kwam hier het ijzeren mesje van de puntenslijper in, ook deze werd verbonden met de multimeter. - De spanning en stroom werden bepaald m.b.v. de multimeter. - Voor opdracht 2 werd de muziekchip van de kaart verbonden met het aluminium en ijzer (i.p.v. de multimeter). Resultaten: Ten eerste werd er een spanning gemeten van 1,48 V en een stroomsterkte van 0,85 mA. De muzikale kaart werkte meteen met deze cel. Het was dus niet nodig om een groter potentiaalverschil te creëren door meerdere cellen in serie te schakelen. Conclusie: Uit de proef is gebleken dat 1 puntenslijper voldoende is om een groot genoeg elektrodepotentiaalverschil te krijgen om een muzikale wenskaart te laten spelen. Het geluid was echter wel wat zwak. Het potentiaalverschil dat gemeten is tijdens de proef was groter dan men naar aanleiding van de gegevens in BINAS zou verwachten. Discussie: Zoals hierboven reeds vermeld was het gemeten potentiaalverschil groter dan hetgeen uitgerekend was met de gegevens uit BINAS. Dit valt te verklaren door het feit dat de omstandigheden tijdens de proef niet overeenkwamen met de standaardomstandigheden zoals deze zijn bij de metingen van de gegevens in BINAS. Het verschil had waarschijnlijk ook te maken met de hoeveelheid ijzerpoeder die in de oplossing van FeSO4 zat. Dit heeft de sterkte van deze oplossing bepaald en is zo van invloed op het potentiaalverschil. Aangezien ijzer de oxidator was, is het mogelijk dat het potentiaal hoger was omdat er relatief meer ijzerpoeder was opgelost in vergelijking met de waarden van BINAS. Door meer water bij de oplossing te voegen zou de concentratie van oxidator afnemen, en hiermee ook de bronspanning. Dit is aan te tonen met behulp van vergelijking van Nernst: R x T [ox] V = V0 + n x F ln [red] Hieruit blijkt dat de concentratie van de oxidator evenredig is met de bronspanning. Door meerdere puntenslijpers in serie te schakelen zou er een groter potentiaalverschil bereikt kunnen worden. Om betrouwbaardere resultaten te krijgen zou de proef meerdere malen uitgevoerd moeten worden, waarna een gemiddelde van de resultaten tot een uiteindelijk resultaat zou moeten leiden. Literatuurlijst: De volgende literatuur is geraadpleegd voor dit experiment: 1.) Chemie Overal VWO NG/NT 2, eerste druk (1998), hoofdstuk 8

2.) BINAS, vierde druk (1998), tabel 48