Elektrokemiska spänningsserien

Ett batteri kan få elektroner att röra sig genom en sladd. Det är en strömkälla. Spänningen i batteriet visar hur “gärna” elektronerna vill ta sig från batteriets ena sida, till den andra. Vi kan tillverka ett enkelt batteri, med två olika metaller: En metall där atomerna lämnar ifrån sig elektroner och blir till metalljoner. Och en annan metall som redan är i jonform, som tar upp elektroner.

Här är det magnesiumatomer som lämnar ifrån sig elektroner… ...och kopparjoner som tar upp elektroner. Elektronerna rör sig genom en elektrisk ledare. Spänningen i ledaren beror på skillnaden i metallernas ädelhet. Den här voltmetern visar hur mycket mer ädelt koppar är, jämfört med magnesium. För att kunna jämföra flera olika metallers ädelhet, behöver vi utforma experimenten på samma sätt varje gång.

För att göra det bygger vi upp experimentet enligt vissa regler -en standard för att mäta ädelhet. I det här fallet ska vi mäta spänningen mellan magnesiummetall och kopparjoner. Magnesiummetallen ska vara i en lösning med magnesiumjoner. Lösningen med kopparjoner ska vara i kontakt med en bit kopparmetall. Och så ser vi till att det är lika många joner i båda lösningarna –samma koncentration av magnesiumjoner som kopparjoner.

När de här reglerna är uppfyllda blir spänningen mellan magnesium och koppar 2,71 Volt. Koppar är 2,71 Volt mer ädelt än magnesium. På det här sättet kan vi jämföra olika metaller med varandra och placera dem på en skala över ädelhet. Den här skalan mäts i Volt, och kallas den “elektrokemiska spänningsserien”. Magnesium är här, koppar är här.

Avståndet mellan dem på skalan är 2,71 Volt. Om vi mäter spänningen mellan koppar och silver får vi 0,46 Volt. Silver är 0,46 Volt ädlare än koppar. Vad blir spänningen mellan magnesium och silver? Det blir summan av de två avstånden: ...3,17 Volt.

Allra längst upp på spänningsserien hittar vi guld. Det är den ädlaste av alla metaller. Längst ner på skalan är litium. Skillnaden mellan litium och guld är 4.56 Volt. Här har vi ett 4,5 Volts-batteri. Är det då ett litium-guld-batteri?

Nä. Det går att koppla ihop flera “småbatterier” – celler – med varandra Inuti det här batteriet finns det tre celler, som ger 1,5 volt var. Och i det här bilbatteriet är det sex stycken 2-voltsceller, som tillsammans ger 12 V. Spänningen mellan två metaller påverkas alltså av hur ädla metallerna är jämfört med varandra. Vi kan mäta skillnaden i ädelhet med en voltmeter, och placera metallerna på en skala -den elektrokemiska spänningsserien.

Ju större avstånd på skalan det är mellan två metaller, desto högre spänning är det mellan dem. Batterier innehåller ofta flera elektrokemiska celler, så att de kan ge ännu högre spänning.