Metaller och joner i spänningsserien

 

Metaller och joner i spänningsserien

 

Inledning

Denna laboration syftar till att utreda vilka metaller som reagerar med vilka metalljoner. Detta görs genom att blanda metallerna och metallerna för att ta reda på om det sker en redox-reaktion genom att titta på residualen. För att testa detta rent teoretiskt kan den elektrokemiska spänningsserien användas, men för att göra momentet praktiskt, användes inte den elektrokemiska spänningsserien. De reaktioner som skett är redox-reaktioner, vilket är en typ av reaktion där det sker både oxidation och reduktion samtidigt, det vill säga ett ämne avger en elektron, vilket är oxidation, och ett annat ämne tar upp elektronen, vilket kallas reduktion.

 

Metod

Först placerades bitar av metallerna bly, koppar, silver och zink ut på en glasplatta. Med hjälp av en pipett droppades en droppe av lösningen, bestående av bland annat metalljoner, på vardera metall. Lösningen fick sedan verka ungefär en minut. Efter det torkades lösningen av från metallbiten med hjälp av papper. För att se om det har skett en redox-reaktion observeras metallbiten, och om den har erhållit en ny beläggning som är oerhört svår att förstöra är det ett gott tecken på att en redox-reaktion skett. Efter att alla metallbitar rengjorts och slipats tills alla spår av beläggningarna försvunnit, testades nästa jon-lösning. Denna process gjordes med Cu²⁺(NO₃^-)₂(aq), Ag⁺NO₃^-(aq), Pb²⁺(NO₃^-)₂(aq) och Zn²⁺(NO^-₃)₂(aq).

 

Resultat

Tabell 1: Tabell över vilka reaktioner som skedde. Metallerna visas vågrätt och jonerna lodrätt. Jonerna var i en vattenlösning tillsammans med nitratjoner, men det försummas i tabellen då det saknar relevans för reaktionen. * indikerar att en reaktion genomförts och † att ingen reaktion observerats.

Metall → Jon ↓	Pb (bly)	Cu (koppar)	Zn (zink)	Ag (silver)
Pb2+	†	†	*	†
Cu2+	*	†	*	†
Zn2+	†	†	†	†
Ag+	*	*	*	†

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figur 1: Här visas ett exempel på en beläggning från en redox-reaktion. I detta fall mellan zinkmetall och blyjoner. 

 

Resultatet visar att zink är den i särklass mest reaktiva metallen, då flest beläggningar skett som den i figur 1. Zink är följt av bly, koppar, och slutligen silver, som inte reagerat med något överhuvudtaget under laborationen enligt tabell 1. Silverjonerna har dock varit aktiva och reagerat med tre av fyra ämnen. Även koppar- och blyjonerna har reagerat i olika grad, medan zinkjonerna här inte varit reaktionsbenägna. Som tabellen visar, reagerar inga joner av ett ämne med själva ämnet. Det förekom totalt 6 reaktioner av 16 möjliga. Nedan följer reaktionsformlerna till de försök där en reaktion ägde rum:

 

Cu(s) + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag(s)

Pb(s) + 2Ag⁺ → Pb²⁺ + 2Ag(s)

Pb(s) + Cu²⁺ → Pb²⁺ + Cu(s)

Zn(s) + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag(s)

Zn(s) + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu(s)

Zn(s) + Pb²⁺ → Zn²⁺ + Pb(s)

 

Diskussion

Inledningsvis är det iakttagbart att inga joner av ett ämne reagerat med metallen av samma ämne. Utan att behöva kontrollera med den elektrokemiska spänningsserien är det uppenbart att de är på samma plats. Eftersom att det är samma ämne kommer en reaktion innebära att deras positioner byts ut mot varandra. Detta skulle därmed inte innebära någon egentlig förändring, och är därmed inte en fördelaktig process och därför sker ingen redox-reaktion. Av denna anledning var det egentligen inte nödvändigt att testa om en reaktion skulle ske, men på grund av laborationens syfte genomfördes detta försök ändå.

 

Figur 2: Den elektrokemiska spänningsserien.

 

 Om resultaten jämförs med den elektrokemiska spänningsserien, som visas i figuren ovan, stämmer resultaten väl överens med den information spänningsserien bidrar med. Av de ämnen som använts i laboration är zink belägen längst till vänster. Det är den mest reaktiva av metallerna och minst reaktiva av jonerna. Silver är den metall som befinner sig längst till höger. Silver reagerade minst av metallerna och mest av samtliga joner. Enligt spänningsserien bör joner av ett ämne framkalla en redox-reaktion om den kommer i kontakt med en mindre ädel metall, eller ett ämne längre till vänster på spänningsserien. Denna teori stämmer på samtliga genomförda reaktioner. Av denna anledning hade denna laboration kunnat bytas ut mot en undersökning av spänningsserien för att ta reda på vilka reaktioner som sker av urvalet.

 

Samtliga joner befann sig i en vattenlösning tillsammans med nitratjoner. I diagrammet och reaktionsformlerna försummas nitratjonerna, trots att de i någon mån befann sig i mitten av reaktionen. Anledningen till detta är att de är åskadarjoner i denna process, vilket betyder att de står vid sidlinjen och ser på då de inte själva kan bilda fällningar. Tillsammans med natriumjoner är de jonerna som inte deltar alls i fällningar, och används därför för att balansera laddningen i lösningen, men ingen reaktion kommer ske med dem. Därför behöver de inte räknas med i detta scenario och utesluts från formlerna och diagrammet.

 

Då detta ej var en extensiv laboration, är antalet felkällor väldigt litet. En möjlig felkälla är dock att beläggningen inte avlägsnades i tillräckligt hög grad. Detta kan leda till felresultat, om något som inte är en beläggning behandlas som en beläggning då det inte torkas bort tillräckligt väl. Om beläggningen är kvar efter filningen och nästa lösning appliceras kan detta leda till ett falskt positivt resultat, det vill säga att en felaktig idé uppstår där misstankar om att det skedde en reaktion mellan den andra lösningen och metallen uppkommer, trots att det bara var den föregående beläggningen som skådats. En ytterligare möjlig, men osannolik, felkälla är att lösningarna och metallerna blandas ihop och därför får rätt resultat, men ett felaktigt diagram med reaktioner mellan felaktiga ämnen. Det är även möjligt att lösningen inte får verka, utan torkas av för fort. Om detta sker kan ett ämne som egentligen skulle reagerat med metallbiten torkas bort innan en alltför stabil beläggning hinner uppstå, och då ges ett negativt resultat, trots att det bör vara positivt.