Heute werden wir einmal verschiedene galvanische Zellen aufbauen und testen.
Zum Beispiel in Form einer Zink-Luft-Batterie, wie sie bspw. auch als Knopfzellen für Hörgeräte zum Einsatz kommen (siehe Abb. 1).
Weiteres
Einsatz und schematischer Aufbau einer Zink-Luft-Knopfzelle.1
Aufgaben
- Führen Sie einen der Versuche V1 V2 oder V3 durch. Notieren Sie ihre Beobachtungen, machen Sie ein Foto von ihrem Aufbau und beschriften Sie diesen.
- Skizzieren Sie den Aufbau als klassische galvanische Zelle im Querschnitt inklusive Beschriftung. Notieren Sie die an den Elektroden ablaufenden Reaktionen als Redoxschema. Notieren Sie ein passendes Zelldiagramm.
- Berechnen Sie die zu erwartende Spannung ihrer Batterie unter Standardbedingungen.
V1
Nachbau einer Zink-Luft-Batterie
Materialien
- Reagenzglashalter
-
Filterpapier
- doppellagig
- Elektrischer Motor
- Anlaufspannung 2 mA
- Kabel
- Krokodilklemmen
- Schleifpapier
- oder Schleifstein
- Spannungsmessgerät
- Mutimeter
Chemikalien
- Natriumchlorid-Lösung
- Graphit-Elektrodenplatte
- Zink-Blech
- Bromthymolblau
Durchführung
- Etwaige Oxidschichten am Zink-Blech abschmirgeln.
- Filterpapier doppellagig mit einer Natriumchlorid-Lösung anfeuchten und auf eine Graphit-Elektrodenplatte legen.
- Das Zink-Blech auf das Filterpapier legen, so dass es die Graphit-Elektrode nicht direkt berührt.
- Das Paket wie Bild mit einer Reagenzglasklammer fixieren.
- Die Spannung und Stromstärke zwischen der Zink-Elektrode (Anode) und Graphit-Elektrode (Kathode) messen.
- Mit Hilfe dieser galvanischen Zelle einen elektrischen Motor in Betrieb nehmen.
- Testen, ob sich die Drehgeschwindigkeit des Motors ändert, wenn man mit dem Finger etwas Druck auf das Elektrodensandwich ausübt.
- Nach einer Weile etwas Bromthymolblau auf das Filterpapier träufeln.
Aufbau
Experimenteller Aufbau.
Videografie des Versuchs
Mögliche Beobachtungen unter Verwendung von Phenolphthalein als Indikator2
Entsorgen und Aufräumen
-
Das Filterpapier in den Restmüll geben.
-
Alle verunreinigte Labormaterialien spülen.
-
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.
V2
Nachbau einer Aluminium-Luft-Batterie
Materialien
-
Stativmaterial
- mit Stativklemme und -muffe
- Elektrischer Motor
- Anlaufspannung 2 mA
- Kabel
- Krokodilklemmen
- Schleifpapier
- oder Schleifstein
- Spannungsmessgerät
- Mutimeter
Chemikalien
- Getränkedose aus Aluminium
- Graphit-Elektrode
- Natriumchlorid-Lösung
- Bromthymolblau
Durchführung
- Eine leere Getränkedose mit Schleifpapier auf der Innenseite und an der Ansatzstelle der Krokodilklemme auch an der Außenseite kräftig anrauen.
- Die Getränkedose mit Natriumchlorid-Lösung füllen.
- Eine Graphit-Elektrode eintauchen. Sie darf weder die Getränkedosenwand, noch den Boden berühren.
- Eine Krokodilklemme wird auf die aufgeraute Stelle der Getränkedosenwand geklemmt.
- Die Spannung und Stromstärke zwischen der Krokodilklemme (Anode) und Graphit-Elektrode (Kathode) messen.
- Mit Hilfe dieser galvanischen Zelle einen elektrischen Motor in Betrieb nehmen.
- Nach einer Weile zur Lösung in der Getränkedose etwas Bromthymolblau geben.
Aufbau
Aufbau.1
Entsorgen und Aufräumen
-
Die Getränkedose in den Restmüll geben oder wiederverwenden.
-
Den Lösung in der Getränkedose über dem Ausguss entsorgen.
-
Alle verunreinigte Labormaterialien spülen.
-
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.
V3
Bau einer volta'schen Säule
Materialien
- Becherglas
- Filterpapier
- Elektrischer Motor
- Anlaufspannung 2 mA
- Kabel
- Krokodilklemmen
- Spannungsmessgerät
- Mutimeter
- Schleifpapier
- alternativ Schleifsteine
Chemikalien
- Mehrere 5-Cent-Münzen
- Aluminium-Folie
- Haushaltsessig
Durchführung
- Die 5-Cent-Münzen etwas abschmirgeln.
- Aus der Aluminiumfolie und dem Filterpapier so viele Kreise ausschneiden, wie Münzen oder Kupferbleche vorhanden sind. Die Kreise aus dem Filterpapier sollten etwas größer sein als die 5-Cent-Münzen.
- Die Filterpapiere mit Haushaltsessig tränken.
- Die Filterpapiere zusammen mit den Kupfermünzen und Aluminium-Ausschnitten abwechselnd stapeln: Zuerst Münze, dann Filterpapier, dann Alufolie.
- Den Stapel mit einem Reagenzglashalter fixieren.
- Die Spannung und Stromstärke zwischen der ersten Münze und der letzten Alufolie messen.
- Mit Hilfe dieses Aufbaus einen elektrischen Motor in Betrieb nehmen.
Aufbau
Schematischer Aufbau einer Volta Säule.3
Entsorgen und Aufräumen
-
Das Filterpapier in den Restmüll geben.
-
Alle verunreinigte Labormaterialien spülen.
-
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.
Weitergedacht
- Formulieren Sie Vorteile einer Zink-Luft-Batterie mit Blick auf ihre Einsatzorte.
- Erklären Sie, warum eine Zink-Luft-Batterie erst nach Abziehen eines Siegels (auf der Unterseite) nutzbar ist und sich bei Nichtgebrauch selbst entlädt.
- Erklären Sie, warum die dargestellte Zink-Luft-Batterie in der dargestellten Bauweise nur relativ kleine Stromstärken ermöglicht.
- In käuflichen Batterien wird als Elektrolyt eine Kaliumhydroxid-Lösung verwendet. Erläutern Sie, inwiefern der Einsatz einer solchen Lösung die Batterie leistungsfähiger macht.
- Erklären Sie Verwendung von Bromthymolblau bei den Versuchen V1 und V2.