Fruitklokje
|
Fruitklokje |
|
|
Datum: januari 2012
Inleiding:
| Een experimenteerdoosje dat ik bij Museum Boerhave kon verkrijgen. |
Principe:
Fruit dat als batterij fungeert.
Materiaal:
|
|
Uitvoering:
|
Resultaten:
 De foto's laten zien dat het klokje werkt als de elektrodes in de sinaasappel zitten. Met de multimeter meten we ca. 1.5 V |
 |
Discussie:
| De fruitklok is een elektrisch digitaal klokje met een groot verschil t.o.v. degenen die men normaal in de winkel koopt. De batterij is nu een stuk fruit. Niet elk fruit is geschikt, belangrijk is dat het fruit sap bevat dat elektrische stroom geleidt. Citroen, sinaasappel en appel zijn geschikt. Als men de aansluitdraden van de fruitklok goed bekijkt, zie je dat ze aan de uiteinden van verschillend metaal zijn gemaakt. De ene is van zink (grijs; dubbel uitgevoerd), de ander van koper (bruin). Als men de elektroden (+ pool van koper, - pool van zink) in de sinaasappel plaatst, dan vindt in het vruchtzuur (= elektrolyt) een electro-chemische reactie plaats. Er ontstaat een potentiaalverschil tussen de elektrodes, voldoende om een microchip aan te sturen die vervolgens op de display de tijd aangeeft. We gebruiken dubbele elektrodes om voldoende spanning op te wekken voor het klokje. | ||||||||
Volta ontdekte de natuurlijke eigenschap dat de naam "elektrochemische spanningsreeks van metalen" heeft gekregen. Hij ontdekte namelijk dat als een metaal in een waterige oplossing wordt geplaatst er een (metaal afhankelijke) elektrische spanning ontstaat. |
||||||||
|
Een meer formele benadering maakt het
mogelijk het de fruitkllok iets theoretischer te benaderen.
Uiteindelijk hebben we met zgn. halfcellen te maken. In de ene halfcel bevindt
zich een Zn elektrode in de ander halfcel de Cu elektrode. De vraag is nu wat reageert er als de oxidator en wat reageert er als de reductor? Volgens BINAS tabel 48 is Zn de sterkste reductor (-0.76 V) en Cu2+ de sterkste oxidator (0.34 V). De halfreacties die hier optreden zijn:
We kunnen behulp van de wet van Nernst de standaardelektrodepotentiaal uitrekenen. Voor de halfcel met de reductor geldt:
Voor de halfcel met de oxidator geldt:
De halfcel met de reductor heeft dus een potentiaal van -0.79 V. De halfcel met de oxidator heeft een potentiaal van +0.31 V. De bronspanning van een cel wordt gegeven door: DV =Vox-Vred = 0.31 - (-0.79) = 1.1 V |
||||||||
|
Met de multimeter hebben we 1.5 V
gemeten. Dat wijkt nogal af van de theoretische waarde. Nu is het
wel zo dat we in de fruitbatterij met twee halfcellen te maken hebben
met een gemeenschappelijke Cu-elektrode. Waarschijnlijker is dus dat
iedere halfcel een lager voltage heeft en dat ze samen op 1.5 V
uitkomen.
|
||||||||
|
Althans, dat is wat ik toendertijd dacht. Recentelijk ben ik er
echter op gewezen dat men de cel tegenwoordig ander beoordeeld ,
hetgeen bevestigd lijkt te worden door Wikipedia, waarin wordt
gerefereerd naar het artikel van Goodisman. Men beschouwt
tegenwoordig de protonen als de echte oxidator van deze halfcel, de
H+, afkomstig van de organische zuren die in de citrus
vrucht aanwezig zijn. Volgens het web is de pH binnen in een citroen
2.3. De halfcel wordt dan:
Hetgeen een bronspanning geeft van: DV =Vox-Vred = -0.27 - (-0.79) = 0.52 V Een getal dat nog sterker afwijkt van de gemeten waarde en dat laat men dan weer wantrouwend worden over deze benadering. Nu is er op de rekenmethodiek en onderzoeksopstelling wel een en ander aan te merken. De citroen is geen laboratoriumsysteem waarin men allerlei potentiële afwijkingsbronnen zoveel als maar mogelijk is elimineert. De elektrodes steken niet in water maar in een sponsige massa gevuld met water, anorganische en organisch verbindingen, vezels die tegen het elektrode oppervalk aandrukken, concentratieverschillen door de citroen heen, etc. Dat zal allemaal bijdragen aan diffusielimiterings effecten en mogelijke bijreacties die eventueel ook een (organische?) elektrochemische cel vormen. In de literatuur wordt ook nog vermeld dat de Nernst vergelijking niet meer voldoet bij een pH < 3.4, hetgeen van toepassing lijkt op deze situatie. Ik heb nog een snel experimentje gedaan van een Cu/Zn galvanische cel waarbij de elektrodes in gescheiden kamers geplaatst zijn met aan het water ascorbinezuur toegevoegd en waarbij ik met een filterpapierreepje de kamers verbind. Daar meet ik 0.9 V. Ik kom eigenlijk tot de conclusie dat niemand een goede model heeft dat de citroenbatterij goed beschijft. Een websearch levert ook niet meer informatie op dan hier beschreven. Misschien een idee voor een onderzoekje. Probeer de elementen die een citroen omschrijven te isoleren en imiteren en bepalen of ze een effect hebben op een Cu/Zn galvanische cel. Een idee is om bv een sponzige massa met luiermateriaal of watten te imiteren. Zouden verschillende materialen ook een ander effect hebben. Organische zuren vs anorganische zuren zoals ascorbinezuur en citroenzuur vs zoutzuur. Etc. etc. |
Literatuur:
|
Relevante websites:
Opmerkingen:
|
Achtergrondinformatie:
|
04/03/2018
