10 Indirekte
Elektronenübertragung von Kupfer auf Kupfer-Ionen
(Konzentrationskette)
Eine Konzentrationskette ist die
Kombination zweier gleichartiger Halbelemente, bei
denen nur die Konzentrationen der Elektrolytlösungen
verschieden sind.
Material
Experimentiertablett,
Reaktionsplatte WP6, Digitales Multimeter mit Kabeln
für elektrische
Messungen,
2
Kabel mit Krokodilklemmen,
isolierter Kupferdraht (D 0,8 mm), Schere, Waage, Nagel (10 cm),
Toilettenpapier, Kupfer(II)sulfat (1 M
,
0,1M) Kaliumchlorid,
(Einwegspritze 1 mL, destilliertes
Wasser).
Aufgabe
1. Schneide zwei 15
cm lange Stücke
von isoliertem Kupferdraht ab. Enferne
die Isolierung.
2. Umwickle den Nagel mit den
Kupferdrähten, um Gebilde wie in Photo 1 zu erhalten.
3. Verbinde sie über ein schwarzes
Kabel (Minuspol) und rotes Kabel (Pluspol) mit
dem
auf 20 mV (DC) eingeschalteten Messgerät.
4. Fülle benachbarte Kammern von WP6 mit je 4 mL 0,1M
Kupfersulfat-Lösung (links) bzw.1M Kupfersulfat-Lösung.
5. Drehe aus einem halben Stück Toilettenpapier einen Docht,
tränke ihn vollständig mit 1M Kaliumchlorid-Lösung.
6. Tauche ihn als Ionenbrücke (Photo 1: IBr.) mit einem
Ende in die linke Kammer und mit dem anderen in die rechte.
7. Stelle
das Messgerät in den Bereich von mV DC ein.
8.
Tauche zunächst einen der aufgedrehten Kupferdrähte in die
Kupfersulfatlösungen 0,1M (Photo 1) und dann auch den
anderen in die Kammer mit 1,0 M (Photo 2).
Vergleiche deine Beobachtungen mit denen in Photo 2 .
Erklärung (Photo 3)
Auf der Seite mit der 0,1 M
Kupfersulfat-Lösung wird das Kupfer der Elektrode unter Abgabe von Elektronen zu
Kupfer-Ionen oxidiert. Aufgrund der Elektronenabgabe ist dies die
negative
Elektrode, der Minuspol. Da hier eine Oxidation erfolgt, ist in einer Galvanischen Zelle
der Minuspol
die Anode (Oxidations-Elektrode). Die Kupfer-Ionen lösen sich in der
verdünnten
Lösung. Dabei erhöht sich die Konzentration in dieser
Halbzelle.
Die abgegebenen Elektronen
wandern freiwillig über den
metallischen
Leiter und das Messgerät zur positiven Elektrode. Dort
reduzieren sie die in zehnfacher Konzentration gelösten
Kupfer-Ionen zu elementarem Metall, das sich an der Elektrode anlagert.
Da hier eine Reduktion erfolgt, ist in einer Galvanischen Zelle
der Pluspol
die Kathode (Reduktions-Elektrode). Die Kupfer-Ionen-Konzentration sinkt
also in dieser Halbzelle.
...............Anode (+ Pol)
Oxidation:
Cu(s) --> Cu2+(aq)
+ 2e-
.................Kathode
(- Pol)
Reduktion:
Cu2+(aq) + 2e- --> Cu(s)
"Partnerlos
gewordene" Chlorid-Ionen in der rechten Halbzelle wandern durch
Diffusion über die Ionenbrücke in die linke Halbzelle. Die
hier neu entstanden Kupfer-Ionen diffundieren in die rechte Halbzelle.
Wird
einer Konzentrationskette dauernd Strom entnommen, stellt sich ein
Konzentrationsausgleich ein, und die Spannung nimmt ab. Sie ist Null,
wenn der Konzentrationsausgleich beendet ist.
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Veröffentlichung: 08.02.2008 ..................... letzte Veränderung: 13.06.2008