Aprinde un bec cu... o lămâie!

Complexitate:

Pericol:

Faceți acest experiment acasă

Siguranță

Înainte de a începe experimentul, îmbrăcați mănuși și ochelari de protecție.

Efectuați experimentul pe o tavă.

Reguli generale de siguranță

• Nu lăsați substanțele chimice să intre în contact cu ochii sau gura.
• Țineți oamenii departe de locul experimentului fără ochelari de protecție, precum și copiii mici și animalele.
• Nu lăsați trusa experimentală la îndemâna copiilor sub 12 ani.
• Spălați sau curățați toate echipamentele și accesoriile după utilizare.
• Asigurați-vă că toate recipientele de reactivi sunt bine închise și depozitate corespunzător după utilizare.
• Asigurați-vă că toate recipientele de unică folosință sunt aruncate corect.
• Utilizați numai echipamentul și reactivii furnizați în kit sau recomandați de instrucțiunile curente.
• Dacă ați folosit un recipient pentru alimente sau articole din sticlă pentru experimente, aruncați-l imediat. Nu mai sunt potrivite pentru depozitarea alimentelor.

Informații de prim ajutor

• Dacă reactivii vin în contact cu ochii, clătiți bine cu apă, ținând ochiul deschis dacă este necesar. Adresați-vă imediat medicului dumneavoastră.
• Dacă este înghițit, clătiți gura cu apă și beți puțină apă curată. Nu provocați voma. Adresați-vă imediat medicului dumneavoastră.
• Dacă reactivii sunt inhalați, scoateți victima la aer curat.
• În caz de contact cu pielea sau arsuri, clătiți zona afectată cu multă apă timp de 10 minute sau mai mult.
• Dacă aveți dubii, consultați imediat un medic. Luați cu dvs. reactivul chimic și recipientul acestuia.
• În caz de rănire, solicitați întotdeauna asistență medicală.

• Utilizarea necorespunzătoare a substanțelor chimice poate provoca vătămări și daune sănătății. Efectuați numai experimentele specificate în instrucțiuni.
• Acest set de experiențe este destinat doar copiilor cu vârsta peste 12 ani.
• Abilitățile copiilor variază semnificativ chiar și în cadrul grupelor de vârstă. Prin urmare, părinții care efectuează experimente cu copiii lor ar trebui să-și folosească propria discreție pentru a decide care experimente sunt adecvate și sigure pentru copiii lor.
• Părinții ar trebui să discute despre regulile de siguranță cu copilul sau copiii lor înainte de a experimenta. O atenție deosebită trebuie acordată manipulării în siguranță a acizilor, alcalinelor și lichidelor inflamabile.
• Înainte de a începe experimentele, ștergeți site-ul experimentului de obiectele care vă pot interfera. Evitați depozitarea alimentelor în apropierea locului de testare. Zona de testare trebuie să fie bine ventilată și aproape de un robinet sau de altă sursă de apă. Pentru a efectua experimente, veți avea nevoie de o masă stabilă.
• Substanțele din ambalaje de unică folosință trebuie utilizate complet sau eliminate după un experiment, de exemplu. după deschiderea pachetului.

FAQ

LED-ul nu este aprins. Ce să fac?

Mai întâi, asigură-te că feliile din lămâie nu se ating.

În al doilea rând, verificați calitatea conexiunii dintre clemele crocodil și plăcile metalice.

În al treilea rând, asigurați-vă că LED-ul este conectat corect: crocodilul negru este atașat de „piciorul scurt”, cel roșu de cel lung. În acest caz, crocodilii nu ar trebui să atingă celălalt „picior”, altfel circuitul se va închide!

Sucul de lângă farfuria de magneziu șuiera. Este în regulă?

Totul e bine. Magneziul este un metal reactiv și reacționează cu acidul citric formând citrat de magneziu și eliberează hidrogen.

Alte experimente

Instrucțiuni pas cu pas

1. Luați 2 farfurii de magneziu din borcanul etichetat „Mg”.
2. Pregătiți 2 agrafe de aligator: 1 neagră și 1 albă. Conectați plăcile de magneziu la crocodilii alb-negru.
3. Luați 2 plăci de cupru din borcanul etichetat „Cu”.
4. Conectați banda de cupru la capătul liber al crocodilului alb. Conectați placa de cupru la crocodilul roșu.
5. Tăiați lămâia în jumătate. Introduceți fâșii de cupru și magneziu într-o jumătate de lămâie, la o distanță mică una de alta (aproximativ 1 cm). Repetați cu cele două felii rămase, folosind cealaltă jumătate de lămâie. Asigurați-vă că plăcile nu se ating.
6. Luați LED-ul. Conectați capătul liber al crocodilului roșu la piciorul lung al LED-ului. Conectați capătul liber al crocodilului negru la piciorul scurt al LED-ului. LED-ul se va aprinde!

Eliminare

Aruncați deșeurile solide din experiment împreună cu deșeurile menajere. Scurgeți soluțiile în chiuvetă și apoi clătiți bine cu apă.

Ce s-a întâmplat

De ce începe să strălucească dioda?

În condițiile experimentale, are loc o reacție chimică: electronii din magneziu Mg sunt transferați în Cu cupru. Această mișcare a electronilor este un curent electric. Pe măsură ce trece prin LED, îl face să strălucească. Astfel, instalația asamblată în acest experiment acționează ca o baterie - o sursă chimică de curent.

Pentru a afla mai multe

Participanții la acest experiment - cupru Cu și magneziu Mg - sunt foarte asemănători. Ambele sunt metale. Aceasta înseamnă că sunt destul de maleabile, strălucitoare și conduc bine electricitatea și se încălzesc. Toate aceste proprietăți sunt consecințe ale structurii interne a metalelor. Poate fi considerat ca ioni pozitivi aranjati intr-o anumita ordine, care sunt tinuti impreuna folosind electroni comuni intregii piese de metal. Din cauza acestei comunități, electronii pot „plimba” pe întregul volum al metalului.

În ciuda motivelor comune în structură, cuprul și magneziul sunt diferite unul de celălalt. „Pachetul” general de electroni este ținut într-o bucată de cupru mai puternic decât în ​​cazul magneziului. Prin urmare, pur teoretic, ne putem imagina un proces în care electronii din magneziu „scapă” în cupru. Totuși, acest lucru va duce la o creștere a sarcinilor: pozitive în magneziu și negative în cupru. Acest lucru nu poate continua mult timp: din cauza respingerii reciproce, va fi neprofitabil ca electronii încărcați negativ să se deplaseze mai departe în cupru. Sarcina este astfel colectată la suprafața de contact a două metale diferite.

Interesant este că măsura în care electronii sunt transferați de la un metal la altul depinde de temperatură. Această conexiune este utilizată în dispozitivele electronice care măsoară temperatura. Cel mai simplu astfel de dispozitiv care folosește acest efect este termocuplu. Utilizarea termocuplurilor este acum larg răspândită și ele formează baza termometrelor electronice.

Să revenim la experiența noastră. Pentru ca electronii să se transfere constant de la magneziu la cupru și pentru ca procesul să devină ireversibil, este necesar să se îndepărteze sarcina pozitivă din magneziu și sarcina negativă din cupru. Aici intervine lămâia. Este important ce fel de mediu creează pentru plăcile de cupru și magneziu blocate în el. Toată lumea știe că lămâia are un gust acru, în principal datorită acidului citric pe care îl conține. Desigur, există și apă în el. O soluție de acid citric este capabilă să conducă electricitatea: atunci când se disociează, apar ioni de hidrogen H + încărcați pozitiv și un reziduu de acid citric încărcat negativ. Acest mediu este ideal pentru îndepărtarea sarcinii pozitive din magneziu și a încărcăturii negative din cupru. Primul proces este destul de simplu: ionii de magneziu încărcați pozitiv Mg 2+ trec de la suprafața plăcii de magneziu în soluție (suc de lămâie):

Mg 0 – 2e - → Mg 2+ soluție

Al doilea proces are loc pe o placă de cupru. Deoarece acumulează o sarcină negativă, atrage ionii de hidrogen H + . Ei sunt capabili să ia electroni dintr-o placă de cupru, transformându-se mai întâi în atomi de H, iar apoi aproape imediat în molecule de H2, care zboară departe:

2H + + 2e - → H2

De ce nu ne descurcăm cu o singură pereche cupru-magneziu?

Cel mai apropiat analog al sistemului „placă de cupru – lămâie – placă de magneziu” este o baterie AA obișnuită. Funcționează pe același principiu: reacțiile chimice care au loc în interiorul său duc la generarea unui curent de electroni, adică electricitate. Probabil ați observat că în unele dispozitive bateriile AA sunt dispuse pe rând (adică polul negativ al unuia este în contact cu polul pozitiv al celuilalt). Mai des fac acest lucru nu direct, ci prin fire sau plăci mici de metal. Dar esența rămâne aceeași - acest lucru este necesar pentru a crește forța care acționează asupra electronilor și, prin urmare, pentru a crește curentul.

La fel, placa de cupru dintr-o bucată de lămâie este conectată la placa de magneziu a alteia. Dacă conectați o diodă cu o singură pereche de cupru-magneziu, aceasta nu va începe să strălucească, dar folosirea a două perechi duce la rezultatul dorit.

Pentru a afla mai multe

Pentru a descrie forța care determină mișcarea sarcinilor, adică duce la generarea de electricitate, se folosește conceptul Voltaj. De exemplu, orice baterie indică valoarea tensiunii pe care o poate crea într-un dispozitiv sau conductor conectat la ea.

Tensiunea creată de o pereche magneziu-cupru nu este suficientă pentru acest experiment, dar două perechi sunt deja suficiente.

De ce folosim cupru și magneziu? Este posibil să luați o altă pereche de metale?

Toate metalele au abilități diferite de a reține electroni. Acest lucru vă permite să le aranjați în așa-numita serie electrochimică. Metalele care sunt la stânga în acest rând țin electronii mai rău, iar cele care sunt în dreapta păstrează electronii mai bine. Din experiența noastră, curentul electric apare tocmai din cauza diferenței dintre cupru și magneziu în capacitatea lor de a deține electroni. În seria electrochimică, cuprul este semnificativ la dreapta magneziului.

Putem lua cu ușurință alte două metale - este necesar doar să existe o diferență suficientă între dorința lor de a reține electronii. De exemplu, în acest experiment, argintul Ag poate fi folosit în loc de cupru, iar zincul Zn poate fi folosit în loc de magneziu.

Totuși, am ales magneziu și cupru. De ce?

În primul rând, sunt foarte accesibile, spre deosebire de argint. În al doilea rând, magneziul este un metal care combină simultan activitate suficientă și stabilitate. La fel ca metalele alcaline - sodiu Na, potasiu K și litiu Li - se oxidează ușor, adică renunță la electroni. Pe de altă parte, suprafața magneziului este acoperită cu o peliculă subțire din oxidul său MgO, care nu este distrus atunci când este încălzit până la 600 o C. Protejează metalul de oxidarea ulterioară în aer, ceea ce îl face foarte convenabil pentru utilizare în practică.

Ce alte fructe și legume pot fi folosite în loc de lămâie?

Multe fructe și legume sunt potrivite pentru acest experiment. Este suficient doar ca ei să aibă pulpă suculentă. De exemplu, în loc de lămâie, puteți lua un măr, banană, roșie sau cartof. Chiar și un strugure mare va face bine!

Toate aceste legume, fructe și fructe de pădure conțin suficientă apă, precum și substanțe care se disociază (se descompun în particule încărcate - ioni) în apă. Prin urmare, prin ele poate curge și curentul electric!

Ce este o diodă și cum funcționează?

Diodele sunt dispozitive mici care pot trece curentul electric prin ele însele și pot efectua unele lucrări utile. În acest caz, vorbim despre un LED - atunci când trece un curent electric, acesta luminează.

Toate diodele moderne conțin în miez un semiconductor - un material special a cărui conductivitate electrică nu este foarte mare, dar poate crește, de exemplu, atunci când este încălzită. Ce este conductivitatea electrică? Aceasta este capacitatea unui material de a conduce curentul electric prin el însuși.

Spre deosebire de o simplă bucată de semiconductor, orice diodă conține două „grade” ale acesteia. Însuși numele „diodă” (din grecescul „δίς”) înseamnă că conține două elemente - acestea sunt de obicei numite anodȘi catod.

Anodul diodei este format dintr-un semiconductor care conține așa-numitele „găuri” - zone care pot fi umplute cu electroni (de fapt, rafturi goale special pentru electroni). Aceste „rafturi” se pot mișca destul de liber prin anod. Catodul diodei este, de asemenea, format dintr-un semiconductor, dar unul diferit. Conține electroni, care se pot deplasa relativ liber prin el.

Se pare că această compoziție de diodă permite electronilor să se miște cu ușurință prin diodă într-o direcție, dar practic nu le permite să se miște în direcția opusă. Când electronii se deplasează de la catod la anod, la granița dintre ei există o întâlnire de electroni „liberi” în catod și goluri de electroni (rafturi) în anod. Electronii ocupă cu bucurie aceste locuri libere, iar curentul merge mai departe.

Să ne imaginăm că electronii se mișcă în direcția opusă - trebuie să coboare de pe rafturile confortabile într-un material în care nu există astfel de rafturi! Evident, acest lucru nu este benefic pentru ei și curentul nu va curge în această direcție.

Astfel, orice diodă poate acționa ca un fel de supapă pentru ca electricitatea să circule printr-o direcție, dar nu și în cealaltă. Această proprietate a diodelor a făcut posibilă utilizarea lor ca bază pentru tehnologia informatică - orice computer, smartphone, laptop sau tabletă conține un procesor bazat pe milioane de diode microscopice.

LED-urile, desigur, au o altă aplicație - în iluminare și afișare. Însuși faptul apariției luminii este asociat cu o selecție specială de materiale semiconductoare care alcătuiesc dioda. În unele cazuri, aceeași tranziție a electronilor de la catod la golurile anodului este însoțită de eliberarea de lumină. În cazul diferiților semiconductori, apare luminiscența de diferite culori. Avantajele importante ale diodelor în comparație cu alte surse de lumină electrică sunt siguranța și eficiența ridicată a acestora - gradul de conversie a energiei electrice în lumină.

Se întâmplă să te trezești într-o situație dificilă de viață când ai nevoie urgent de o sursă de energie. De exemplu, trebuie să vă încărcați telefonul mobil, să porniți radioul și așa mai departe. Cunoștințele de bază de fizică și chimie vă vor permite să găsiți o cale de ieșire din astfel de situații. Pentru mulți, va fi interesant de știut că puteți „alimenta” radioul sau vă puteți încărca telefonul mobil dintr-un măr sau lămâie.

În aceste scopuri veți avea nevoie de:
- contact din oțel (cuie, agrafă, bucată de sârmă de oțel, monedă de oțel etc.);
- contact de cupru (monedă de cupru, bucată de sârmă de cupru, orice placă de cupru etc.);
- lamaie, iar daca folosesti un mar, trebuie sa alegi unul cat mai acru;
- două fire pentru conectarea la „baterie”.

Procedură:

Etapa 1. Căutarea unei „surse de energie” adecvate
Cel mai simplu mod este să găsești un măr atunci când te afli într-o casă de țară, într-un sat sau pur și simplu rătăciți în pădure. Cea mai bună opțiune ar fi un măr acru, deoarece acidul este o componentă cheie în funcționarea bateriei. Dacă există lămâie, atunci aceasta este cea mai potrivită opțiune. De asemenea, puteți folosi portocale, kiwi și alte fructe similare.

Etapa 2. Stabilirea contactelor
Trebuie să introduceți contacte într-o lămâie sau într-un măr; mai întâi trebuie să le curățați bine cu hârtie abrazivă, o pila sau să le frecați pe o piatră. Contactele sunt introduse la o distanță de 2-3 centimetri unul de celălalt. Cu cât electrozii introduși sunt mai lați și mai lungi, cu atât bateria va produce mai multă tensiune. Dacă monedele acționează ca contacte, atunci acestea trebuie introduse în paralel.

Etapa 3. Conectați bateria
Acum nu mai rămâne decât să conectați cele două fire la contactele instalate. Puteți pur și simplu să le lipiți cu grijă într-o lămâie sau într-un măr împreună cu contactele. Asta e tot, bateria este gata de utilizare. Va exista un plus la electrodul de cupru și un minus la electrodul de oțel. Tensiunea va depinde de zona electrozilor și de aciditatea mărului sau lămâii.

O astfel de baterie este capabilă să furnizeze aproximativ 0,5-0,8 volți. Pentru ca un simplu receptor să funcționeze sau un telefon mobil să se încarce, este necesară o tensiune de cel puțin 3-5 Volți. Pentru a obține o astfel de putere, trebuie să faceți mai multe dintre aceste „baterii” și să le conectați în serie. În cazul nostru, pentru a obține 3 volți veți avea nevoie de aproximativ 5-6 dintre aceste „baterii”.

Etapa 4. Încărcați lămâile
Un fapt interesant este că „bateriile” create în acest mod pot fi încărcate. În aceste scopuri, puteți utiliza un încărcător pentru telefonul mobil. Autorul a decis să folosească o baterie Krona în aceste scopuri.

Firul pozitiv roșu este conectat la electrodul de cupru, iar firul negativ negru la electrodul de oțel. După încărcare, pe contactele „lămâie” va apărea o tensiune de 1-1,3 volți.

Pentru iubitorii de tot felul de experimente și experimente, oferim o idee neobișnuită - încercați să construiți o baterie primitivă din lămâi acre cu propriile mâini. Cheltuim mulți bani pe baterii, acumulatori pentru alimentarea telefoanelor, ceasurilor, jucăriilor, fără să ne gândim deloc că suntem înconjurați de o mulțime de surse de energie ieftine, din care putem asambla o celulă galvanică economică și simplă cu propriile mâini la oricând. Nici nu ne putem imagina câte lucruri interesante ne înconjoară!

Pentru a realiza experimentul vom avea nevoie, așa cum am menționat mai sus, de lămâi (8 bucăți), 9 fire subțiri cu cleme, 8 bucăți mici de sârmă de cupru și tot atâtea cuie galvanizate, un ceas cu baterie și, bineînțeles , un voltmetru pentru a testa capacitățile (tensiunea) bateriei pe care am construit-o.

După ce am frământat ușor lămâile în mâini, lipim în fiecare dintre ele o bucată de sârmă de cupru și un cui galvanizat. Luăm un ceas, scoatem bateria din el și, folosind fire, creăm un circuit electric, ca în desen. Conectăm capetele libere ale firelor de la prima și a opta lămâie la ceas în locurile în care era amplasată anterior bateria, creând un circuit închis. La sfârșitul experimentului vom vedea cum merge ceasul. Prin conectarea capetelor firelor la un voltmetru, putem observa o tensiune de 0,49 V.

Este ușor de explicat cum funcționează bateria noastră de fructe. Când cuprul și zincul intră în contact cu acidul citric, are loc o reacție chimică, în urma căreia cuprul devine încărcat pozitiv și zincul devine negativ. Când se creează un circuit închis folosind sârmă de cupru și cuie mici galvanizate, începe să funcționeze un curent electric. Zincul (sursa de electroni) este polul negativ baterie de fructe, cupru – pozitiv. Tensiunea din baterii este legată de capacitatea zincului și cuprului de a ceda electroni. Curentul electric depinde de numărul de electroni eliberați în timpul reacției chimice.

Dacă nu aveți lămâi acasă, puteți utiliza orice alte fructe citrice, kiwi, banane, mere, pere, cartofi, roșii, castraveți și ceapă ca material principal pentru experiment. Aceste legume și fructe pot funcționa și ca o baterie, deși tensiunea lor va fi ușor diferită de sursa de curent de lămâie. O para va da cea mai mare tensiune, iar un kiwi va da cea mai mica. Caracteristicile electrice ale bateriilor create sunt afectate de aciditatea produselor utilizate. Prin conectarea mai multor baterii de fructe în serie, vom realiza o creștere a tensiunii proporțională cu numărul de fructe folosite.

Perechea de cupru și zinc poate fi înlocuită cu alte componente, de exemplu, cupru și aluminiu, aluminiu și zinc. Adevărat, în acest din urmă caz, bateria se va dovedi a fi ceva mai slabă decât cea „originală” de lămâie.

Experimentul descris mai sus este o confirmare directă că oamenii pot folosi în mod liber materiale naturale, regenerabile pentru a-și satisface nevoile energetice. O serie de companii la scară industrială au început deja să creeze baterii neobișnuite folosind produse procesate din banane și coajă de portocală. Compania Sony a prezentat nu cu mult timp în urmă publicului o baterie în care se folosea suc de fructe în loc de electrolit. Prin umplerea bateriei cu 8 ml de suc, puteți alimenta mici electronice portabile timp de o oră. Oamenii de știință din Marea Britanie au creat o versiune similară a bateriei pentru un computer cu putere redusă cu un procesor IPte1 386. S-a demonstrat experimental că 12 cartofi pot deveni o sursă de energie cu drepturi depline pentru un computer timp de 12 zile.

Fructele suculente, cartofii noi și alte produse alimentare pot servi ca hrană nu numai pentru oameni, ci și pentru aparatele electrice. Pentru a genera electricitate din ele, veți avea nevoie de un cui sau șurub galvanizat (adică aproape orice cui sau șurub) și o bucată de sârmă de cupru. Pentru a detecta prezența electricității, vom avea nevoie de un multimetru de uz casnic, iar o lampă LED sau chiar un ventilator alimentat de baterii ne vor ajuta să demonstrăm mai clar succesul.

Pasează lămâia în mâini pentru a sparge membranele interne, dar nu deteriorați coaja. Introduceți un cui (șurub) și un fir de cupru, astfel încât electrozii să fie amplasați cât mai aproape unul de celălalt, dar să nu se atingă. Cu cât electrozii sunt mai aproape, cu atât este mai puțin probabil ca aceștia să fie separați printr-o partiție în interiorul fructului. La rândul său, cu cât schimbul de ioni dintre electrozii din interiorul bateriei este mai bun, cu atât puterea acesteia este mai mare.

Esența experimentului este plasarea electrozilor de cupru și zinc într-un mediu acid, fie că este lămâie sau o baie de oțet. Cuia va servi drept electrod negativ sau anod. Vom atribui firul de cupru drept electrod pozitiv sau catod.

Într-un mediu acid, la suprafața anodului are loc o reacție de oxidare, în timpul căreia sunt eliberați electroni liberi. Fiecare atom de zinc pierde doi electroni. Cuprul este un agent oxidant puternic și poate atrage electronii eliberați de zinc. Dacă închideți un circuit electric (conectați un bec sau un multimetru la o baterie improvizată), electronii vor curge de la anod la catod prin el, adică electricitatea va apărea în circuit.

Cartofii sunt în mod natural o carcasă excelentă și un electrolit pentru o celulă galvanică. Cartofii ne-au oferit constant o tensiune de peste 0,5 V pe celulă, în timp ce lămâia a arătat un rezultat de aproximativ 0,4 V. Campionul la tensiune este oțetul: 0,8 V pe celulă. Pentru a obține o tensiune mai mare, conectați elementele în serie. Pentru a alimenta consumatori mai puternici (ventilator) - în paralel.

Pe suprafața catodului, adică a unui electrod încărcat negativ, are loc o reacție de reducere: cationii (ionii încărcați pozitiv) ai hidrogenului conținut în acid primesc electronii lipsă și se transformă în hidrogen, care iese sub formă de bule. O concentrație de anioni acizi (ioni încărcați negativ) are loc în apropierea catodului, iar cationii de zinc apar în apropierea anodului. Pentru a echilibra încărcările din electrolit, este necesar să se asigure schimbul de ioni între electrozii din interiorul bateriei.

Aciditatea crescută a solului este o problemă pentru agronomii, dar o bucurie pentru inginerii electricieni. Conținutul de ioni de hidrogen și aluminiu din sol vă permite să lipiți literalmente două bețe (ca de obicei, zinc și cupru) în oală și să generați electricitate. Rezultatul nostru este de 0,2 V. Pentru a îmbunătăți rezultatul, solul trebuie udat.

Este important de înțeles: electricitatea nu este generată din lămâi sau cartofi. Aceasta nu este deloc energia legăturilor chimice din moleculele organice care este absorbită de corpul nostru ca urmare a consumului de alimente. Electricitatea provine din reacții chimice care implică zinc, cupru și acid, iar în bateria noastră este cuiul care servește ca material consumabil.