Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 123 Redoxreaktionen 9 Zusammenfassung Die Neigung Elektronen abzugeben ist bei Metallen ver- schieden stark ausgeprägt. In der Spannungsreihe sind die Metalle nach dieser Eigenschaft geordnet. 9.4 Strom durch Chemie Galvanische Zellen Wenn sich Elektronen von einem Reaktionspartner zum anderen bewegen, ist das eigentlich nichts anderes als elek- trischer Strom in der mikroskopischen Welt der Atome. Nun wollen wir die mikroskopische Elektronenwanderung in eine makroskopische umwandeln. Elektrischer Strom ist nichts anderes als bewegte Ladungen , in den meisten Fällen sind das Elektronen. In Kapitel 5 über die chemischen Bindungen haben wir die Metalle als gute elektrische Leiter kennen gelernt. Elektro- nen können auf einer Seite in das Metall „hineingedrückt“ werden und die im Elektronengas frei beweglichen Elektro- nen rücken nach. Am anderen Ende werden Elektronen „hinausgedrückt“. Bei der Zementation haben sich die Elektronen auf mikro- skopischer atomarer Ebene von einem Metall zum ande- ren bewegt. Die dabei frei werdende Energie konnte als Er- wärmung gemessen werden. Wenn wir es nun schaffen, die beiden Reaktionspartner räumlich voneinander zu trennen, müssen sich Elektronen über weitere Strecken bewegen. Wir können die Elektronen durch ein Metall (also ein Kabel) vom Ort der Oxidation zum Ort der Reduktion leiten. Die frei wer- dende Energie kann für Arbeit genutzt werden. Z Beantworte die folgenden Fragen! Bestimme ob es zu einer Reaktion kommt, wenn metallisches Zink in eine Nickel(II)chlorid-Lösung gegeben wird. L Gib an welches der folgenden Metalle von Pb(NO 3 ) 2 oxidiert wird: Zink, Kupfer oder Eisen? L Erläutere ob Eisen von Salzsäure aufgelöst wird. Begründe deine Antwort. L 9.3 F12 A1 F13 A1 F14 A1 Wie kann die Reaktionsenthalpie der exothermen Redoxreaktionen als elektrische Energie genutzt werden, um z. B. eine Lampe zum Leuchten zu bringen? Auf der Alkalibatterie steht 1,5V, am Handyakku 3,7V. Wovon hängt die Spannung einer Batterie oder eines Akkus ab? F15 F16 Einer der ersten, die dies geschafft haben, war der Chemiker John F. Daniell im Jahre 1836, und zwar am Beispiel von Kup- fer und Zink. Schreiben wir zuerst die beiden Teilreaktionen für diese Reaktion an: Zn(s) + Cu 2+ (aq) ® Zn 2+ (aq) + Cu(s) Oxidation: Zn ® Zn 2+ + 2e – Reduktion: Cu 2+ + 2e – ® Cu Wenn diese beiden Reaktionen örtlich getrennt werden sollen, darf Zink nur in Kontakt mit Zinkionen stehen (Oxidation). Die Kupferionen dürfen nur in Kontakt mit elementarem Kupfer sein (Reduktion). Damit die Elektronen dann vom Ort der Oxidation zum Ort der Reduktion gelan- gen können, werden die beiden Metalle durch ein Kabel miteinander verbunden. Die Elektronen müssen dann durch das Kabel wandern und können elektrische Arbeit leisten, z. B. eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen. So entsteht eine einfache elektrochemische Spannungs- quelle, die nach ihrem Erfinder „Daniell-Element“ genannt wird. Allgemein bezeichnet man solche Spannungsquellen als galvanische Elemente. Im Alltag sprechen wir von einer Batterie. ( F15) V 9.4 Daniell Element Material und Geräte: 2 Bechergläser 100ml, Krokodilklemmen, Kabel, Glühbirne, Voltmeter, Filterpapier, Kupfersulfatlösung (CuSO 4 , ), Zinksulfatlösung (ZnSO 4 , ) je c = 1mol/l, Kalium- nitratlösung(KNO 3 , ) Durchführung: Je ein Becherglas wird möglichst voll mit Kupfersulfatlösung und Zinksulfatlsöung befüllt. In die Kupfersulfatlösung wird ein Kupferblech, in die Zinklösung ein Zinkblech getaucht. Mittels Krokodil-Klemmen und Kabel werden die beiden Metalle zu- erst über ein Glühbirnchen mit- einander verbunden. Als Salz- brücke verwendet man ein zusammengerolltes, in Kaliumni- trat getauchtes, Filterpapier. Lösungen über Sammelbehälter für Schwermetalle entsorgen. Aufgaben: –– Beschreibe deine Beobachtungen. –– Ersetze das Glühbirnchen durch ein Voltmeter, welche Spannung ist messbar? Entsorgung: Behälter S e Abb. 9.12: Versuchsaufbau Daniell-Element Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv