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Material
Experiment
Schematische Darstellung
10.2.4  Modell eines Daniell-Elements = Galvanische Zelle mit zwei Halbzellen und einer Salzbrücke 1
Ein Daniell-Element  - benannt nach J.F. Daniell - ist eine spezielle aus 2 Behältern bestehende Galvanische Zelle. Behälter 1 enthält Zink-Metall, das in Zinksulfatlösung taucht (= Halbzelle 1), Behälter 2 Kupfer-Metall in Kupfersulfatlösung.( = Halbzelle 2). Die Lösungen in beiden Halbzellen stehen über eine Salzbrücke in Verbindung. Diese enthält Kaliumchlorid-Lösung. Im folgenden Experiment dienen 2 gelbe Pipettenspitzen(1) als Behälter. Sie stecken in einer Ampulle (2), die als Salzbrücke dient. Durch sie fließen z.B. Sulfat-Ionen in die Zink-Halbzelle und Zink-Ionen in die Kupferhalbzelle.
Der Stromkreis wird geschlossen, indem Elektronen über ein Multimeter von der Zink-Elektrode zur Kupfer-Elektrode fließen.
yyMaterial (Abb. 1)
Experimentiertablett, 2 gelbe Pipettenspitzen (1), abgeschnittener Kopf einer Plastikpipette, Digitalmultimeter Voltcraft (3), rotes und schwarzes Kabel mit Krokodilklemmen (4), Watte (5), verzinkter Blumendraht (Zn), abisolierter Kupferdraht (Cu), Schere (6), 1M Lösungen von Zinksulfat (7), Kaliumchlorid (8),Kupfer(II)sulfat (9), Stativ (Verpackung für Vacutainer).
Aufgabe
Baue eine Zink- und eine Kupfer-Halbzelle in Pipettenspitzen, verbinde sie zu Galvanischen Zellen (Abb. 2), miss die Spannung (Abb. 2).
Experiment (Abb. 2)
1. Schneide den Kopf einer Plastikpipette als Salzbrücke ab.
2. Fülle 1 ml Kaliumchloridlösung in diesen Behälter und stelle sie in ein Stativ.
3. Verschließe die unteren Öffnungen der beiden Pipettenspitzen mit je einem winzigen Stück Watte.
4. Stelle die beiden Pipettenspitzen nebeneinander in die Salzbrücke. Warte, bis sich die Watte voll Lösung gesaugt hat.
5. Fülle die eine Pipettenspitze Luftblasen-frei mit Zinksulfat-Lösung, die andere mit Kupfersulfatlösung.
6. Verbinde ein Stück verzinkten Kupferdraht mit der COM-Buchse des Multimeters und ein Stück Kupferdraht über ein zweittes Kabel mit der V-Buchse.
7. Stelle dad Multimeter auf 20 V Gleichspannung ein.
8. Tauche die Drähte in die Lösungen ihrer Salze, lies die Spannung ab.
Beobachtungen
In dieser Galvanischen Zelle wird eine Potentialdifferenz von 1,07 V zwischen der Zink-Halbzelle (negative Elektrode) und der Kupfer-Halbzelle (positive Elektrode) gemessen (Abb. 2).
Erklärung (Abb. 3)
a) In der linken Halbzelle gehen an der Grenzschicht Zn/Zn2+ Zink-Atome unter Zurücklassung ihrer Elektronen in Lösung.
         Oxidation:                        Zn(s) --> Zn2+(aq) + 2e-
Anode (negative Elektrode der Galvanischen Zelle) ist immer die Grenzschicht zwischen der Oxidationselektrode und dem umgebenden Elektrolyten (= Ionen-Lösung.
b) In der rechten Halbzelle scheiden sich an der Grenzschicht Cu/Cu2+ Kupfer-Atome (unter Aufnahme von Elektronen aus dem metallischen Leiter) ab.
         Reduktion:           Cu2+(aq) +  2e- --> Cu(s).
Kathode (positive Elektrode der Galvanischen Zelle) ist immer die Grenzschicht zwischen der Reduktionselektrode und dem umgebenden Elektrolyten.
Ein Fluss von Ionen erfolgt hier zwischen den in die Kaliumchlorid-Lösung tauchenden (porösen) Halbzellen.
Die Elektronen fließen im metallischen Leiter von der Zink- zu der Kupfer-Halbzelle.
Insgesamt läuft also eine indirekte Redoxreaktion ab:          Cu2+(aq) + Zn (s) -->  Cu(s) +  Zn2+(aq)
Die Standard-Reduktionspotentiale der beiden Halbreaktionen  Zn --> Zn2+ + 2e-        Cu2+ + 2e- --> Cu   sind - 0,76 V  und + 0,34 V.
Theoretisch ist unter den vorliegenden Standardbedingungen eine Potentialdifferenz von 1,1 V zu erwarten.
 zurück....... weiter...........erste Veröffentlichung: 24.01.2005................letzte Veränderung: 13.12.2011