Knappcellebatterier i spiserøret

Kalkulator

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Mange leker og husholdningsartikler inneholder knappcellebatterier, se figur 1. En god del av disse brukes i gjenstander som ikke er barnesikret, som for eksempel spillende bursdagskort, fjernkontroller eller batteridrevne «stearinlys».

Figur 1: Eksempel på to knappcellebatterier: CR2032 litiumbatterier. Den positive polen er markert

Diameter: $20 m m$
Tykkelse: $3,2 m m$
Spenning: $3 V$
Batterikapasitet: $200 m A h$

Hvert år er det flere hundre barn som blir alvorlig skadet etter å ha fått i seg slike batterier, ofte i nese, munn eller ører. Årlig dør flere barn av skadene. Det farligste er dersom batteriet setter seg fast i spiserøret, fordi det bare i løpet av få timer kan gi store etseskader. Batteriet gjør som regel mindre skade dersom det kommer helt ned i magesekken, se figur 2.

Batterier som avgir mye strøm gjør størst skade. Strømmen fra batteriet kan elektrolysere vannet som finnes i det fuktige og saltholdige miljøet i spiserøret. En har funnet ut at etseskadene blir aller størst ved den negative polen til batteriet. [1]

Det viktigste man gjør, er å komme så raskt som mulig til sykehus for å få fjernet batteriet. Giftinformasjonen anbefaler å gi litt honning flere ganger inntil man kommer fram til sykehuset. [2] Honning er en litt seig blanding av ulike sukkerarter.

Det er gjort forsøk på spiserør fra gris som tyder på at jevn tilførsel av sitronjuice (pH 2,2) kan begrense skadene. [1] (NB: For mye drikke i magesekken kan gi problemer om man må legges i narkose for fjerning av batteriet.)

Det kan være vanskelig å se forskjell på brannskader og etseskader, og en har lurt på om skadene kan skyldes at det utvikles varme når $O H^{-}$ blir nøytralisert av $H^{+}$ i spiserøret:

H^{+} + O H^{-} \to H_{2} O Δ H = - 57 k J / m o l

Du kan anta at spiserøret hos et barn veier rundt $35 g$ . Den spesifikke varmekapasiteten til vevet i spiserøret er $3,50 k J / (k g \cdot ° C)$ . [3]

Skriv en kjemifaglig tekst som tar utgangspunkt i informasjonen på forrige side. Du skal bruke kjemikompetansen din til å gjøre rede for og drøfte ett eller flere av punktene nedenfor:

Skriv ligningene for det som skjer når vannet i spiserøret blir elektrolysert. Hvilke skadelige stoffer dannes, og hvilket av dem ser ut til å gjøre aller størst skade? Beskriv eventuelt hvordan disse kan reagere med proteinene som spiserøret er bygd opp av.
Hvor mye base kan dannes dersom et nytt CR2032-batteri (figur 1) blir stående fast i spiserøret til det er utladet? Hva blir pH dersom du antar at basen løses i $10 m L$ væske?
Diskuter hva som kan være grunnen til at honning og sitronjuice ser ut til å begrense batteriskadene. Er det rimelig at batteriet gjør mindre skade i magesekken?
Vurder om skadene på spiserøret kan skyldes varmen som blir frigjort i nøytraliseringsreaksjonen.
Hva kan skje dersom du drypper øredråper (0,9 % $NaCl$ ) på et lite batteri som står fast i øret?

Svaret ditt bør inneholde reaksjonsligninger, utregninger eller figurer der det er relevant for svaret ditt. Svaret ditt kan gjerne være på omtrent 250 ord, men det er det faglige innholdet og ikke lengden på teksten som blir vurdert.

Referanser

[1] K. R. Jatana, K. Rhoades, S. Milkovich og I. N. Jacobs, «Basic Mechanism of Button Battery Ingestion Injuries and Novel Mitigation Strategies After Diagnosis and Removal», The Laryngoscope, side 1276–1282, juni 2017.
[2] Giftinformasjonen, «helsenorge.no», januar 2025. [Internett]. https://www.helsenorge.no/giftinformasjon/produkter-og-kjemikalier/batterier/
[3] X. Xiaojiang, M. P. Castellani og T. P. Rioux, «The specific heat of the human body is lower than previously believed: The journal Temperature toolbox», Temperature (Austin), side 235–239, juli 2022.

Fasit

Negativ pol: $2 H_{2} O + 2 e^{-} \to H_{2} + 2 O H^{-}$ . Positiv pol: $O_{2}$ og $H^{+}$ (eventuelt $C l_{2}$ ). $O H^{-}$ gjør størst skade.
Sterk base hydrolyserer peptidbindinger og denaturerer proteinene i vevet.
Et nytt batteri kan danne $n (O H^{-}) = 7,46 \cdot 10^{- 3} m o l$ . I $10 m L$ gir det pH $\approx 13,9$ .

LøsningsforslagKI-generert

Jeg ser på hva som dannes ved elektrolysen, og på hvor mye base batteriet kan lage.

Batteriet gir 3 V. Det er mer enn de ca. 1,2 V som trengs for å spalte vann (med standardpotensialene i vedlegget, $- 0,83 V$ og $1,23 V$ , blir det $2,06 V$ ). Begge er under batteriets 3 V. Ved den negative polen skjer en reduksjon:

2 H_{2} O (l) + 2 e^{-} \to H_{2} (g) + 2 O H^{-} (a q)

Ved den positive polen skjer en oksidasjon:

2 H_{2} O (l) \to O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) + 4 e^{-}

Klorid i det saltholdige miljøet kan også oksideres til klorgass. Klor gir hypoklorsyre med vann: $C l_{2} + H_{2} O ⇌ H C l O + H^{+} + C l^{-}$ . Begge er sterke oksidasjonsmidler. Hydrogen og oksygen er lite skadelige. Den positive polen gir altså en sur og oksiderende løsning, og den negative polen gir sterk base. Skadene er størst ved den negative polen. Hydroksidionene ser derfor ut til å gjøre mest skade.

$O H^{-}$ kan hydrolysere peptidbindingene i proteinene:

R – C O – N H – R^{'} + O H^{-} \to R – C O O^{-} + H_{2} N – R^{'}

Basen deprotonerer også sidekjeder. Da brytes hydrogenbindinger og ionebindinger, og proteinet denatureres. Syre koagulerer proteinene og danner et lag som bremser syren. Base løser derimot opp vevet og trenger stadig dypere inn.

Kapasiteten er 200 mAh, altså $0,200 A$ i én time:

Q = 0,200 A \cdot 3600 s = 720 C

n (e^{-}) = \frac{720 C}{96485 C / m o l} = 7,46 \cdot 10^{- 3} m o l

Ett elektron gir ett hydroksidion, så $n (O H^{-}) = 7,46 \cdot 10^{- 3} m o l$ . I 10 mL væske blir

\begin{matrix} [O H^{-}] & = \frac{7,46 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,010 L} = 0,746 m o l / L \\ pOH & = - \lg 0,746 = 0,13 \\ pH & = 14,00 - 0,13 = 13,9 \end{matrix}

Dette er et overslag. Ikke all strømmen går til elektrolyse, og noe base spres eller nøytraliseres av buffere. Likevel er $0,75 m o l / L$ langt mer enn bufferne kan ta opp. En pH nær 14 ved polen er derfor realistisk. Det forklarer alvorlige etseskader i løpet av få timer.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2025. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2025, del 2, oppgave 9
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 3
Vanskegrad: 3
Temaer: Elektrolyse, Galvaniske celler, PH, Termodynamikk

Knappcellebatterier i spiserøret

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Knappcellebatterier i spiserøret

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Knappcellebatterier i spiserøret

Knappcellebatterier i spiserøret

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer