9 - Kjemisk Energi

Question 1

Forbrenning?

Answer 1

En forbrenning skjer når et stoff reagerer med oksygen og det blir frigjort energi.
Det er tre betingelser for at det skal brenne:
1. Brennbart stoff
2. Oksygen
3. Tenntemperatur
De tre betingelsene utgjør sidene i branntrekanten. Skal vi slokke n brann må vi fjerne minst en av sidene i branntrekanten.
Vi deler gjerne forbrenning inn i ufullstendig og fullstendig forbrenning.

Question 2

Fullstendig og ufullstendig forbrenning?

Answer 2

En fullstendig forbrenning har vi når et organisk stoff brenner med rikelig tilgang på oksygengass, og det blir dannet CO2 og H2O. I en ufullstendig forbrenning blir det firgjort mindre energi enn i en fullstendig forbrenning. Når et organisk stoff brenner ufullstendig, blir det dannet karbonmonoksid og sot. Karbonmonoksid er en svært giftig gass.

Question 3

Hydrogengass og forbrenning?

Answer 3

Hydrogengass er brennbar, men danner ikke CO2. Omdannes direkte til vann med tilgang på oksygen.

Question 4

Kjemisk reaksjon?

Answer 4

I en kjemisk reaksjon skjer det en forandring der det blir dannet nye stoffer med andre egenskaper enn de stoffene vi startet med. Forandringen kommer av at atomene binder seg sammen på nye måter. I en balansert reaksjonslikning er antallet atomer av de forskjellige grunnstoffene det samme på begge sider i reaksjonslikningen. Når vi balanserer en reaksjonslikning, kan vi bare endre koeffisientene, ikke indeksene. Energi blir frigitt dersom atomene binder seg sammen på en måtesom inneholder mindre energi enn utgangsstoffene.

Question 5

Brennverdi?

Answer 5

Brennverdien til et brennstoff er frigjort energi per masse når brennstoffet brenner fullstendig.

Question 6

Biomasse?

Answer 6

Biomasse er energirike organiske forbindelser som finnes i plante- og dyremateriale. Det kan være trevirke fra skog eller biologisk avfall fra husholdninger, landbruk og industri. Biomasse er den viktigste energikilden for om lag halvparten av menneskene i verden. Biomasse regnes som en fornybar energikilde, som i utgangspunktet er CO2-nøytral. Men jo mer energi vi bruker på å samle inn og bearbeide biomasse, desto større netto utslipp av cO2 får vi.

Question 7

Fast biomasse?

Answer 7

Eksempler på fast biomasse er trevirke fra skog og rester fra jordbruk, for eksempel halm. Skogsavfall som treflis og bark, kan bearbeides til foredlet biomasse i form av pellet, briketter eller trepulver.

Question 8

Biogass?

Answer 8

Biogass er biomasse i gassform. Den blir dannet ved nedbrytning av organisk materiale uten tilgang på oksygengass.

Question 9

Biodrivstoff?

Answer 9

Biodrivstoff er foredlet biomasse i flytende form. Det kan være for eksempel bioetanol eller biodiesel.

Question 10

Førstegenerasjons og andregenerasjons biodrivstoff?

Answer 10

Førstegenerasjons biodrivstoff blir først og fremst produsert av oljeholdige vekster som rybs, raps og soya som gir biodiesel. Eller sukkerholdige vekster som sukkerrør og mais som gir bioetanol. Vekstene konkurrer med vekster til matproduksjon om landbruksareal. Andregenerasjons biodrivstoff bruker celluloseholdig materiale fra skogbruk eller jordbruk. blant annet treflis og halm.

Question 11

Redoksreaksjoner?

Answer 11

En redoksreaksjon er en reaksjon der det skjer en elektronoverføring. Vi skiller mellom oksidasjon og reduksjon. Oksidasjon har vi når et atom eller ion gir fra seg ett eller flere elektroner. Reduksjon har vi når et atom eller ion tar opp ett eller flere elektroner. Akkuratt som metallbranner er redoksreaksjoner, så er alle andre fobrenningsreaksjoner også redoksreaksjoner. Når et stoff brenner skjer det en elektronoverføring, helt eller delvis.

Question 12

Egenskaper til grunnstoffer mtp atomoppbyggning?

Answer 12

Ikke-metallene har lett for å ta imot elektroner (bli redusert) og mange metaller har lett for å gi fra seg elektronene (bli oksidert).

Question 13

Spenningsrekka?

Answer 13

Lengst til venstre i spenningsrekka står de reaksjonsvillige metallene som har lett for å avgi elektroner og danne ioner. Til høyre for hydrogen står edelmetallene, som er stabile og ikke så lett avgir elektroner. Ioner av metallene til høyre i spenningsrekka har lett for å ta imot elektroner fra metallene som står til venstre i spenningsrekka.

Question 14

Galvanisk elementer?

Answer 14

Galvanisk element overfører kjemisk energi til elektrisk energi. Strømmen som oppstår, kommer fra redoksreaksjonene mellom stoffene, og blir utnyttet gjennom en ytre strømkrets. I et galvanisk element har man to halvceller som fungerer som hver sin pol. I halvcellene har man to elektroder av to forskjellige materialer. Vi kan si at den kjemiske energien i elektrodene blir omdannet til elektrisk energi, som vi kan utnytte. Mellom halvcellene er det en løsning av ioner som leder strøm (elektrolytt).
Ved den negative polen skjer det en oksidasjon. Elektroner blir avgitt.
Ved den positive polen skjer det en reduksjon. Elektroner blir tatt opp.
Elektrolytten kan lede strøm og forbinder de to halvcellene i en saltbro slik at vi kan få en sluttet strømkrets. Vi kaller spenningen mellom polene i et galvanisk element for den elektromotoriske spenningen, altså ems.

Question 15

Danielcella?

Answer 15

Danielcellen er et galvanisk element og består av to halvceller og en saltbro. Det er en sinkhalvcelle som består av en sinkstang i en sinkioneklsning. Sinkstange er negativ pol ettersom sink er et uedelt metall og vil gjerne avgi elektroner. Den andre halvcellen er en kobberhalvcelle. Slik som sinkhalvcellen består den av en kobberstang i en kobberioneløsning. Kobberstanga er positiv pol ettersom kobber er et edelt metall og kobberionene i løsningen gjerne vil ta imot elektroner og bli kobber i metallform.
Det går derfor elektroner fra sinkstanga til kobberstanga gjennom den ytre strømkretsen.

Question 16

Elektrolyse?

Answer 16

Ved elektrolyse bruker vi elektrisk energi til å få i gang en redoksreaksjon -> fra elektrisk energi til kjemisk energi. Vi tvinger elektroner til å gå motsatt vei av det som skjer spontant. Likespenningskilden pumper elektroner fra den positive polen til den negative polen.
Ved den negative polen skjer det en reduksjon. Elektroner blir tatt opp. Og ved den positive polen skjer det en oksidasjon, elektroner blir avgitt.

Question 17

Elektrolyse av kobberklorid?

Answer 17

Et eksempel på elektrolyse er elektrolyse av kobberklorid. Kobberklorid er et vannløselig salt. I elektrolysen er det en elektrolysecelle med to poler og en kobberkloridløsning. Når vi kobler til en spenningskilde kan vi tydelig lukte at det blir dannet klorgass ved den positive polen. Ved den negative polen blir det avsatt fritt kobber. En kjemisk reaksjon skjer og kobberkloridet blir om til positive kobberioner og negative klorioner. Disse ionene vil da bli trekt til polene. Når elektroner blir tatt opp blir kobberatomer og kloratomer dannet og derfor kan man gjøre de observasjonene man gjør.

Question 18

Batterier?

Answer 18

Det finnes mange type batterier med mange forskjellige formål. En danielcelle for eksempel er ikke et godt batteri når vi tenker på de kravene vi stiller til et moderne batteri. Til et mobilbatteri ønsker vi gjerne et som: inneholder mye energi, har liten masse, er hurtig å lade opp og inneholder få miljøfarlige eller sjeldne stoffer.

Question 19

Ems og metallenes spenningsrekke?

Answer 19

Jo lenger fra hverandre metallene står i spenningsrekka, desto høyere blir spenningen mellom dem. Det metallet som står lengst til venstre i spenningsrekka blir negativ pol. Disse metallatomene vil gjerne avgi elektroner. Motsatt for dem til høyre. s337

Question 20

Hvilke typer batterier har vi?

Answer 20

Deler inn i to hovedkategorier: engangsbatterier og oppladbarebatterier. Eksempler på engangsbatterier er: Alkalisk som brukes i lommelykter, leker og radioer. Sølvoksid som brukes til armbåndsur, fjernkontroller og høreapparater. Litium som bruker i apparater som krever mye energi, men ikke trenger ladbare batterier feks kameraer.
Så har vi oppladbare batterier:
Blyakkumulator i biler motorsykler
Nikkelmetallhydrid i leker og enkelte elbiler
Litiumion i mobiltelefoner laptop, lesebrett og moderne elbiler.

Question 21

Elektromagnetisk spenning?

Answer 21

Den elektromagnetiske spenningen til batteriet er den spenningen vi måler når batteriet ikke er i bruk. Den er bestemt av hvilke metaller som er negativ og positiv pol. Med høy spenning kan elektronene i strømkretsene overføre mer energi. Selv om emsen i D- og AA-batterier er den samme kan D-batteriet vare nesten 10 ganger lengre enn et AA-batteri -> batterikapasiteten er større

Question 22

Batterikapasitet?

Answer 22

Sier noe om hvor mye ladning batteriet kan levere.

Question 23

Hvorfor ikke kaste batterier i restavfall?

Answer 23

Noen batterier inneholder tungmetaller som kvikksølv bly eller kadmium. De er blant de farligste miljøgiftene vi kjenner, hvis de havner i naturen vil de være skadelige i mange år. Slike miljøgifter går inn i næringskjedene. På grunn av svært langsom utskillelse skjer det en oppkonsentrering på opptil 10 ganger for hvert ledd i næringskjedene. De som står på toppen risikerer å få i seg store mengder.

Question 24

Hvordan fungerer oppladbare batterier?

Answer 24

Oppladbare batterier kan vi lade ved elektrolyse, hvor elektrisk energi blir gjort til kjemisk energi. Den spontane reaksjonen som skjer når et batteri blir utladet, kan snus eller reverseres ved hjelp av elektrisk energi, og batteriet vil da bli ladet opp igjen.

Question 25

Blyakkumulator?

Answer 25

Akkumulere betyr å samle opp eller lagre. Det er nettopp det som gjør blyakkumulatoren så nyttig i bilen, den kan lades mens motoren går.

Question 26

Brenselcelle?

Answer 26

Et problem med batterier er at de bare stiller en begrenset energimengde til rådighet. Når batteriet er tomt må det lades opp eller erstattes. I en brenselscelle blir derimot utgangsstoffene tilført kontinuerlig mens cellen er i bruk. En brenselscelle er et galvanisk element. Akkurat som for batterier finnes det mange forskjellige typer av brenselsceller. Noen går på organiske stoffer som metangass, metanol og etanol, men de fleste brenselceller bruker hydrogengass. Hvor det dannes H2O, svært miljøvennlig sluttprodukt.

Question 27

PEM-brenselcelle?

Answer 27

Proton exchange membrane er den vanligste typen brenselcelle. Dette er enkle og kompakte hydrogenbrenselceller. Cellen består av to kamre, hydrogengass pumpes inn i det ene kammeret, mens oksygengass pumpes inn i det andre kammeret. Mellom de to kamrene er det en plastmembran. I kammeret med hydrogengass er det en plate som inneholder platina. Den er negativ pol i brenselcellen. Ser avgir hydrogengassen to elektroner og danner to H+-ioner (protoner).

Question 28

Fordeler og ulemper med brenselsceller?

Answer 28

Fordeler: Kan levere energi uten å måtte “lades opp”. Utgangsstoffene blir tilført kontinuerlig mens cellen er i bruk. Har høy virkningsgrad når de produserer elektrisk energi (50%). Er nesten helt stillegående sammenliknet med forbrenningsmotorer. Brenselscellene er konstruert på en enkel måte. I motsetning til en forbrenningsmotor har de ingen bevegelige deler. Det er få ting som kan gå i stykker.
Ulemper:
Dyre i innkjøp. Bruker sjeldne metaller som katalysatorer. Katalysatorer blir lett ødelagt hvis hydrogengassen ikke er helt ren. Lagring av hydrogen.

Question 29

Energibærer?

Answer 29

Elektrisk energi er ikke en energikilde, men en energibærer. For eksempel i Norge produserer vi nesten all energien i vannenergi. Elektrisk energi i Norge er derfor bærer av fornybar vannenergi. Vannenergi er energikilden. Vinnenergi er også en energikilde. Hydrogen er en energibærer.

Question 30

Hydrogengass?

Answer 30

Vi finner ikke hydrogengass i større mengder på jorda. Det må fremstilles. Vi kan derfor ikke se på hydrogen som en energikilde, men som en energibærer. Hydrogengass blir for det meste produsert fra fossile energikilder som naturgass. I produksjon av hydrogengass blir det også produsert karbondioksid, som er en drivhusgass. Ved elektrolyse av vann spaltes det til hydrogengass og oksygen ved bruk av elektrisk energi. Om produksjonen av hydrogen er “ren” er avhengig av hvordan den elektriske energien er produsert, om den kommer fra fornybare energikilder som vannenergi, vindenergi eller solenergi eller om den kommer fra fossile energikilder. Da vil den indirekte gi utslipp på drivhusgasser.

Question 31

Lagring av hydrogen?

Answer 31

Til sammenlikning med andre brennstoffer har hydrogen svært høy brennverdi, omtrent tre ganger så høy som bensin og diesel. Hydrogen har tre store ulemper: Verdens letteste stoff.
Kokepunkt på -253 grader
Hydrogen er eksplosivt
For å lagre like store energimengder av hydrogen kreves det mye større tankvolum for hydrogen enn bensin, da hydrogengass inneholder lite energi per volum ved vanlig trykk og temperatur. Bensin har en energitetthet som er 3600 ganger større.

Question 32

Et bærekraftig hydrogensamfunn?

Answer 32

Hydrogen er en energibærer som vi kan bruke til å lagre energien fra fornybare kilder. Et samfunn basert på vind- og solenergi trenger energi også når det er vindstille eller når sola ikke skinner. Ved å bruke fornybar energi til elektrolyse av vann kan vi få stabil tilgang på ren energi. I perioder med oversskuddsenergi fra feks vindmølle kan vi produsere hydrogen ved elektrolyse. Hydrogenet kan vi lagre og benytte til å produsere elektrisk energi i en brenselscelle når det var vindstille. De fornybare energikildene er ofte tilgjengelig lokalt. Elektrolyse og brenselscelleteknologi er derfor velegnet til lokal, bærekraftig energiproduksjon.