acay  07  Indirekte Elektronenübertragung von Zink auf Kupfer-Ionen: 
         Galvanische Zelle 1

Eine Galvanische Zelle - benannt nach Luigi Galvani - besteht aus zwei verschiedenen  Metallen, die durch eine Salzbrücke oder durch eine poröse Membran zwischen 2 Halbzellen verbunden ist.

Im folgenden Versuch tauchen 2 Halbzellen in eine 1 molare Kaliumchloridlösung.
Die Halbzellen bestehen aus zwei (unten mit einem porösen Wattestopfen verschlossene) Plastikpipettenspitzen und  zwei verschiedenen Metallen, die von 1 molaren Lösungen ihrer Salze umgeben sind. Halbzelle 1 enthält einen verzinkten Draht umgeben von 1-molarer Zinksulfat-Lösung,
Halbzelle 2 einen Kupfer-Draht umgeben von 1-molarer Kupfersulfat-Lösung (Photo 1). 
Zur Spannungsmessung sind die beiden Halbzellen über ein Multimeter leitend verbunden (Photo 2, 3).
Material
Experimentiertablett, Reaktionsplatte WP6 mit 1 Deckel dazu, 2 Plastik-Pipettenspitzen, Schere, Zange, Nagel (10 cm),   Spiritus-Mikrobrenner,  Zinkdraht (verzinkter Blumendraht, abisolierter Kupferdraht (D 0,8 mm), 2 Einwegspritzen (beschriftet Zn und Cu), 2 Injektionsnadeln (0,8 / 40 mm), Digitalmultimeter Voltcraft VC333, rote und blaue Kabel mit Krokodilklemmen, Watte, 1M Lösungen von Kupfer(II)sulfat, Zinksulfat, Kaliumchlorid.

Aufgabe
Baue eine Zink- und eine Kupfer-Halbzelle, verbinde sie über eine Salzbrücke (IBr) und über Kabel zu einer Galvanischen Zelle (Photo 1, 2), miss die Spannung (Photo 3).
Experiment
1. Fülle 3 mL 1M Kaliumchlorid-Lösung in eine freie Kammer von WP6. Verschließe sie mit einem Deckel.
2. Schmilz in größtmöglichem Abstand zueinander mit einem vorher über dem Brenner erhitzten Nagel 2 Löcher hinein.
    Sie müssen groß genug sein, dass sich die 2 Pipettenspitzen bis auf den Boden der Kammer drücken lassen.
3. Verschließe die dünnen Enden der Pipettenspitzen, indem Du mit einem dünnen Draht je ein winziges Stückchen Watte hineindrückst.
4. Warte, bis die KCl-Lösung aus der Kammer hochgesaugt wurde und die Watte damit bedeckt ist.
5. Fülle die beiden Pipettenspitzen über die Nadeln Luftblasen-frei mit Zn
2+-Salz-Lösung (= Halbzelle 1) und mit Cu2+-Salz-Lösung (Halbzelle 2).
6. Tauche die mit dem Messgerät verbundenen Zn- bzw. Cu-Drähte in die Lösungen ihrer Salze (Photo 1 und 2). Lies die Spannung ab
(Photo 3).
Beobachtung
In dieser Galvanischen Zelle wird eine Potentialdifferenz von etwas weniger als 1,1 V zwischen der Zink-Halbzelle (negative Elektrode
und der Kupfer-Halbzelle (positive Elektrode) gemessen.
Erklärung
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: 27.02.2009