"Taucht ein Zinkstab in eine Kupfersalzlösung, geben Zinkatome Elektronen ab, die von Kupferionen aufgenommen werden. Dieses "Fließen" der Elektronen von Atomen zu Ionen entspricht dem Fließen eines elektrischen Stroms, der sich nachweisen lassen sollte."
Aha. Warum ist dann auf dem Bild darüber der Zinkstab in eine Kaliumchloridlösung getaucht? Und was heißt "nachweisen lassen sollte?"
Weiterlesen.
"Galvanische Zelle. Der Zinkstab und die Kupfersalzlösung müssen voneinander getrennt werden (aha, deshalb steckt der Stab nicht in der Kupferchloridlösung. Aber warum gibt er dann dennoch Eletronen ab???). Zwischen beiden muss der Elektronenfluss durch einen elektrischen Leiter, z.B. einen Metalldraht oder Kohlestift, ermöglicht werden (soll wohl heißen, die Elektronen bahnen sich ihren Weg über die Leitung rüber in die andere Lösung, wo die Kupferionen schwimmen) ... Wenn an dem Kohlestift in der Kupfersalzlösung aus Kupferionen durch die Aufnahme von Elektronen Kupferatome entstehen, bleiben negativ geladene Ionen zurück (welche denn: Chlorionen?). Am Zinkstab entstehen aber gleichzeitig Zinkionen, so dass hier ein Überschuss an positiv geladenen Ionen entsteht. Es muss also zwischen den beiden Lösungen ein Ladungsausgleich zwischen positiv und negativ geladenen Ionen stattfinden können. Dies kann z.B. durch eine durchlässige Trennwand erreicht werden."
Alles klar?? Im Übrigen wird das Prinzip der Galvanischen Zelle bei Wikipedia auch dämlich erklärt: Das Bild arbeitet mit Zink und Kupfer, erklärt wird das Prinzip aber mit Kupfer und Silber. Womit nur feststeht, dass naturwissenschaftliches Denken und didaktische Fähigkeiten nicht Hand in Hand gehen...
Posts
Dieser Kommentar wurde vom Autor entfernt.
AntwortenLöschenHallo Johannes,
AntwortenLöschenauch wenn diese Antwort erst recht spät kommt, versuche ich ein wenig Licht ins Dunkel zu bringen. (Ich kenne diese Ausgabe nicht, habe jedoch einerseits mehrere vergleichbare Bücher zuhause. Außerdem bin ich Referendarin an einem Berliner OSZ und behandle dieses Thema gerade mit meinen Schülern.)
Die erste Aussage bezieht sich darauf, dass alle Metalle in einer Metallsalz-Lösung zu einem gewissen Grad in Lösung gehen. Unedlere Metalle (Na, K, und im Vergleich mit anderen auch Zn)werden in einer Metallsalz-Lösung dessen Metall edler ist leicht oxidiert.
Soll heißen:
1. Mit einem Zinkstab in einer Kaliumchlorid-Lösung geschicht "NICHTS", da Kalium unedler ist als Zink. (Das kurzfristig in Lösung gehende Zink schlägt sich wieder am Zinkstab ab.)
2. Ein Zinkstab, der wiederum in eine Kupfersulfat-Lösung getaucht wird, erhält nach kurzer Zeit einen rotbraunen Belag - eine Kupferschicht. Die Zinkatome des Zinkstabes werden oxidiert, so dass Zinkionen Zn2+ und 2e- entstehen. Die Zinkionen gehen in die Kupfersulfat-Lösung, während die Elektronen im Zinkstab verbleiben. Dies führt zu einer negativen Aufladung des Stabes. Die Kupferionen der Kupfersulfat-lösung werden nun am Zinkstab abgeschieden und bilden eine Schicht aus elementarem Kupfer. Hier findet also die Reduktion: Cu2+ + 2e- --> Cu statt.
Die verbliebenen Zinkionen bilden nun mit den übrigen Sulfat-Ionen eine Zinksulfat-Lösung. Am Ende des versuches hat also der Gehalt an Kupfer in der Lösung stark abgenommen und der gehalt an Zink stark zugenommen.
Der Elektronenübergang hat nun an der Oberfläche des Zinkstabes stattgefunden...sobald man die zwei Elemente jedoch räumlich voneinander trennt, kann man durch bestimmte Hilfsmittel einen Stromfluss erzeugen/ nachweisen.
Galvanische Zelle:
Warum Zink und kupfer? Welche Metalle verwendet werden, ist an sich egal...Kupfer und Zink werden meist als Beispiel genutzt, da sie häufig eingesetzt/ untersucht werden und in dieser Kombination als Daniell-Element bezeichnet werden.
Der Zinkstab taucht vorzugsweise in eine Zinksulfat-Lösung und der Kupferstab in eine Kupfersulfat-Lösung (gleiche Anionen der Lösung zum erleichterten Verständnis der zelle). In jedem Reaktionsgefäß passiert nun das gleiche: eine gewisse Anzahl von Metall-Ionen gehen in Lösung, wobei die entsprechende Anzahl an Elektronen im Stab zurückbleibt. Nun ist es aufgrund des Redoxpotentials so, dass einige Metalle eine größere Neigung haben in Lösung zu gehen als andere. (Dies wurde experimentell herausgefunden. Mit einer Platin-Wasserstoff-Elektrode als Bezugselektrode wurde ermittelt, wie groß die fließende Spannung ist --> die elektrochem. Spannungsreihe. Wurden bei den gemessenen Metallen Elektronen frei = neg. Vorzeichen so wurden diese Metalle als unedel beschrieben ...und umgekehrt. Diese Tatsache findet sich auch in der Natur wieder, wo edle Metalle "ungern" Verbindungen eingehen und als Reinstoffe vorkommen, wohingegen unedle Metalle natürlich häufig als Verbindungen existieren.)
Zurück zum galvanischen Element:
Verbindet man beide Metallstäbe über einen Stromleiter miteinander, so fließen "überschüssige" Elektronen vom unedleren metall zum edleren metall. Warum? Im Zinkstab sind mehr Elektronen vorhanden (da mehr Zink-ionen aufgrund des Standardpotentials in Lösung gegangen sind...und die Ionen der Zinksulfat-Lösung ebenfalls Zinkionen sind - keine Ionen, die bestrebt sind, sich an der Elektrode abzulagern. Noch ist dies keine Redoxreaktion, sondern ein Lösungsvorgang.) Aufgrund des sogenannten Elektronendrucks wandern die Elektronen des Zinkstabes über den Leiter zum Kupferstab. Ist der leiter mit einem Messgerät (Voltmeter, Glühbirne) verbunden, so kann der Stromfluss angezeigt werden.
Der Kommentar wurde von einem Blog-Administrator entfernt.
LöschenDer Kupferstab ist im Vergleich zum Zinkstab weniger negativ geladen und somit der Pluspol.
AntwortenLöschenNun sind in dem Kupferstab mehr Elektronen vorhanden als zuvor, so dass sich die Kupferionen der Kupfersulfat-Lösung am Kupferstab anlagern.
Diese Reaktion würde jedoch nach kurzer zeit zum erliegen kommen, da irgendwann alle Zinkatome des Stabes in Lösung gegangen sind und die maximale Anzahl der Elektronen im Zinkstab gebildet wurden. In der Zinksulfat-lösung herrscht also ein Überschuss an Zinkionen.
Im anderen reaktionsgefäß sind die Kupferionen der Kupfersulfat-Lösung reduziert worden und als elementares Kupfer am Kupferstab zu sehen. In der Lösung herrscht als ein Mangel an Kupferionen bzw. ein Überschuss an Sulfationen.
Werden beiden Gefäße nun über eine poröse Membran oder eine sogenannte Salzbrücke verbunden, die nur Ionen durchlässt, so können sich die negativen Sulfat-Ionen mit den positiven Zink-Ionen verbinden. Somit ist die Zinksulfatlösung (bis zu einem gewissen Maße) wieder in der Lage, Zinkionen aus dem Zinkstab aufzunehmen, wodurch wieder ein Elektronenüberschuss bewirkt wird usw.
Diese Redoxreaktion kommt zum Erliegen, sobald eine Lösung ge-/übersättigt ist. Die Konzentration der Lösungen hat also einen entscheidenen Einfluss auf die Reaktionsdauer.
Ich hoffe, dass dieser lange Beitrag mehr zur Klärung beigetragen hat, als neue Fragen aufzuwerfen. Ich werde mich bemühen, ab und an in dieses Forum zu schauen, um zu sehen, ob sich weitere fragen ergeben haben.
Liebe Grüße, Anna
Der Kupferstab ist im Vergleich zum Zinkstab weniger negativ geladen und somit der Pluspol.
AntwortenLöschenNun sind in dem Kupferstab mehr Elektronen vorhanden als zuvor, so dass sich die Kupferionen der Kupfersulfat-Lösung am Kupferstab anlagern.
Diese Reaktion würde jedoch nach kurzer zeit zum erliegen kommen, da irgendwann alle Zinkatome des Stabes in Lösung gegangen sind und die maximale Anzahl der Elektronen im Zinkstab gebildet wurden. In der Zinksulfat-lösung herrscht also ein Überschuss an Zinkionen.
Im anderen reaktionsgefäß sind die Kupferionen der Kupfersulfat-Lösung reduziert worden und als elementares Kupfer am Kupferstab zu sehen. In der Lösung herrscht als ein Mangel an Kupferionen bzw. ein Überschuss an Sulfationen.
Werden beiden Gefäße nun über eine poröse Membran oder eine sogenannte Salzbrücke verbunden, die nur Ionen durchlässt, so können sich die negativen Sulfat-Ionen mit den positiven Zink-Ionen verbinden. Somit ist die Zinksulfatlösung (bis zu einem gewissen Maße) wieder in der Lage, Zinkionen aus dem Zinkstab aufzunehmen, wodurch wieder ein Elektronenüberschuss bewirkt wird usw.
Diese Redoxreaktion kommt zum Erliegen, sobald eine Lösung ge-/übersättigt ist. Die Konzentration der Lösungen hat also einen entscheidenen Einfluss auf die Reaktionsdauer.
Ich hoffe, dass dieser lange Beitrag mehr zur Klärung beigetragen hat, als neue Fragen aufzuwerfen. Ich werde mich bemühen, ab und an in dieses Forum zu schauen, um zu sehen, ob sich weitere fragen ergeben haben.
Liebe Grüße, Anna
Ich denke, dass es fragwürdig ist, seine Zeit mit einer solchen Naturwissenschaft, wie die Chemie ist ist, zu verbringen.
AntwortenLöschen