80 Energieumformungen Eine Batterie (battery) kann durch ihre elektrische Spannung z. B. ein Elektrogerät mit elektrischer Energie versorgen. Versuch: Nimm eine Zitrone und je zwei Platten aus Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Zink (Zn), Blei (Pb), und Messing. Stecke zwei davon in die Zitrone und miss die Spannung zwischen ihnen (Abb. 48.1). Wiederhole den Versuch mit einer Kochsalzlösung oder mit Speiseessig. Du kannst erkennen, dass immer zwei unterschiedliche Metallplatten in die Zitrone gesteckt werden müssen, damit eine Spannung auftritt. Bei Verwendung von je einer Platte aus Cu und Zn ist die Spannung am größten. Die Säure der Zitrone dient als Elektrolyt. Demonstrationsversuch: Ein Kupfer- und ein Zinkstab werden mit einem geeigneten Glühlämpchen verbunden und in stark verdünnte Schwefelsäure getaucht (Abb. 48.2). Vorsicht! Ätzend! Was kannst du beobachten? Kupfer und Zink bilden mit der verdünnten Schwefelsäure als Elektrolyt eine galvanische Zelle oder – wie man auch sagt – ein galvanisches Element (voltaic cell). Aus Abb. 48.2 erkennst du, dass vom Kupfer und vom Zink positive Ionen in die verdünnte Schwefelsäure übertreten. Die Anzahl der in Lösung gehenden Ionen ist für die beiden Metalle verschieden. Daher werden die Metallstäbe durch die zurückgelassenen Elektronen verschieden stark negativ aufgeladen und es entsteht ein Unterschied in ihren Ladungszuständen, also eine elektrische Spannung. Beim Kupfer-Zink-Element wird der Zn-Stab als Minuspol bezeichnet, da von ihm mehr positiv geladene Ionen in Lösung gehen als vom Cu-Stab. Sein Ladungszustand ist durch die zurückgebliebenen Elektronen stärker negativ als der des Cu-Stabes. Dieser wird als Pluspol bezeichnet. Das Kupfer-ZinkElement hat ziemlich genau 1 V Spannung und heißt auch Volta-Element. Bei Verwendung anderer Metalle wird immer das edlere Metall zum positiven Pol. Luigi Galvani (1737–1798) war Professor für Anatomie in Bologna. Er beobachtete, dass Froschschenkel, die mit einem Haken aus Kupferdraht an einem Eisengitter aufgehängt waren, zusammenzuckten, wenn sie bei Wind das Gitter berührten. Diese Beobachtung wurde 1800 von Alessandro Volta richtig gedeutet: Der Kupferdraht und das Eisengitter bilden mit dem Froschschenkel ein galvanisches Element. Der dadurch fließende elektrische Strom wirkt auf die Nerven der Froschschenkelmuskel, sodass diese zusammenzucken. Warum liefern Batterien elektrische Energie? 48.1 Warum lädt sich ein Metallstab, der in eine Säure taucht, negativ auf? 48.2 Verwende in einer galvanischen Zelle einen Messing- und einen Eisennagel als Elektroden. Welcher bildet den Pluspol, welcher den Minuspol? Du bist dran – zeige deine Kompetenz: 48.1 Zitronen als Spannungsquelle (hier in „Serienschaltung“) 48.2 Galvanisches Element Cu Zn - Cu + + Cu + + - - - - – + Vom Zinkstab gehen mehr positiv geladene Ionen in Lösung als vom Kupferstab. Zn + + Zn + + Zn + + Zn + + H SO 2 4 verdünnte Schwefelsäure Lampe Schalter Elektrische Energiequellen, die auf chemischem Weg eine elektrische Spannung liefern, heißen galvanische Elemente. Sie formen chemische in elektrische Energie um. 48 Galvanische Zellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv
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