Experiment Nr. 4  Galvanische Zellen

 

Galvanische Zellen (Batterien) funktio­nieren über die Oxidation (in einer Halb­zelle) eines

Metalls und gleichzeitiger Reduktion (in der anderen Halbzelle) eines anderen Metalls, wobei

gleich viele Elek­tronen ver­scho­ben werden und die Redox­potentiale addiert ein posi­tives

Gesamt­po­ten­tial ergeben müssen.Dabei muss aber ein Ladungsausgleich zwischen den

Halbzellen möglich sein (über einen Elektrolyten)

 

Teil 1 Eisen-Aluminium-Zelle:

 

Aufbau 1a)    Lösen Sie ca. 10 g Kochsalz in ca. 100 ml Wasser (Leitungswasser) auf, dieses

brachen Sie als Elektrolyten. Schneiden Sie von einem Filterpapier ein Quadrat von ca. 3 mal

3 cm aus und wickeln Sie dieses um einen Nagel (aus Eisen, über die Spitze deckend). Dann

wickeln Sie ein Stück Aluminiumfolie (ca. 4 mal 4 cm) um die Papierrolle, so dass die Alufolie

den Nagel nicht berührt, sondern am andern Ende zu einem Stäbchen geformt werden kann.

Wenn Sie jetzt diese Bastelei für eine Minute in die Salzwasser-Lösung stellen (mit der

offenen Nagel-Seite nach unten), zieht das Papier genügend Salzwasser auf und die Batterie

ist einsatzbereit.

 

Durch Anschliessen des Voltmeters (auf 20 V einge­stellt) an den Nagelkopf

(rotes Kabel) und ans Alu­stäbchen (schwarzes Kabel) wird eine Spannung

gemessen.

 

Gemessene Spannung: ………. V Theoretisch erreichbare Spannung: ……… V

 

Erklärung für den Unterschied ………………………………………………………...

 

Aufbau 1b)    Wiederholen Sie den Aufbau, nehmen Sie aber ein Filterpapierstück, das sie mit

Zitronensaft benetzt haben (anstatt Salzwasser)

Gemessene Spannung: ……. V 

 

Erklärung für den Unterschied zur Messung von a) .………………………………..

 

…………………………………………………………………….………………………

 

Teil 2 Kupfer-Zink-Zelle

 

Eine 5-Cent-Münze ist mit Kupfer beschichtet, eine Unterlagsscheibe ist mit Zink.

Vorbereiten: 4 Streifen aus Alufolie (4 mal 2 cm) und 7 Filterpapier-Stücke (2 mal 2 cm)

 zuschneiden. Porcellanschale mit wenig Zitronensaft vorlegen und die Papier­stücke hinein

legen. 5 Kup­fer­haltige Münzen und 5 verzinkte Un­terlagsscheiben holen.

Aufbau 2a)    Ein Streifen Alufolie auf den Korpus, auf die hintere Hälf­te eine Unterlags-

scheibe le­gen, darauf ein Stück ge­tränk­tes Papier, zuoberst eine Münze (die Münze darf die

Unterlagsscheibe nicht direkt berühren). Messung zwischen der Alufolie und der Münze

 

Gemessene Spannung: ……... V    Theoretisch erreichbare Spannung: ……... V

 

Aufbau 2b)    Auf den Aufbau a) legen Sie nun direkt eine Unterlagsscheibe, darauf ein

getränktes Papier, darauf eine Münze und messen die Spannung.

                     Gemessene Spannung: ……... V     Theoretisch erreichbare Spannung: …….. V

Verbinden Sie die beiden Pole (oberste Münze, Alufolie unten) mit einer Leucht-

diode. Bei der Leuchtdiode muss der Minuspol am kürzeren Draht/Stäbchen

angeschlossen werden.

Leuchtverhalten: ……………………………. Wo ist der Minuspol? ………………..

 

Aufbau 2c)    Der Aufbau b) besteht aus zwei galvanischen Zellen (Einheit Unterlagsscheibe,

Papier, Kupfermünze), die „hintereinander“ (in Serie, hier eigentlich übereinan­der) geschaltet

sind. Bauen Sie einen Aufbau, bei dem fünf solche Zellen hintereinander geschaltet sind.

 

                     Gemessene Spannung: …….. V    erwartete Spannung nach Aufbau a): …….. V

                        Verbinden Sie die beiden Pole mit einer Leuchtdiode.

Leuchtverhalten: ………………………………………………………………………..

 

Aufbau 2d)    Wiederholen Sie den Aufbau a) mit einem trockenen Papierstück: ………  V.

 

                        Erklärung für diese Beobachtung: …………………………………………………….

 

Aufbau 2e)    Wiederholen Sie den Aufbau a) mit einem Papierstück, das in Salzwasser

getränkt war.

 

Gemessene Spannung: ….… V

 

Erklärung für den Unterschied zur Messung

 

von a) .…………………………………………..

 

 

Teil 3 Lithium-Batterie

 

Aufbau 3)      Legen Sie nochmals auf einen Aluminium-Streifen eine Kupfermünze (wenn

möglich keine korrodierte) und darauf ein in Zitronensaft getränktes Filterpapier. Nun rufen

Sie den Lehrer, er wird Ihnen eine dünne Scheibe reines Lithium bringen. Das Lithium

reagiert mit Wasser (mit Zitronensaft erst recht) zur Lithium-Kationen und Wasserstoffgas

(daher das Gefahrenkennzeichen leichtentzündlich). Dennoch kann das Potential über Li und

Cu+ gemessen werden. Dies aber aus Sicherheitsgründen nur in Anwesenheit der Lehrkraft.

                     Gemessene Spannung: …….. V    erwartete Spannung: …….. V

                        Vorteil einer Lithium-Batterie gegenüber andern galvanischen Zellen: ………..

                        Nachteil: ………………………………………………………………………………….

                        Untersuchen Sie die Stelle auf der Münze, die gerade unter dem Lithium-Stück

gelegen hat, genau.

Beobachtung:  …………………………………………………………………………..

Interpretation:  …………………………………………………………………………..