Chemie begreifen, Schulbuch

Worum geht es? Was lässt sich beobachten? Was lässt sich beobachten? Überlegungen Galvanische Elemente 203 Man kann ein Reduktionsmittel und ein Oxida- tionsmittel so anordnen, dass die Reaktion nur mithilfe eines sie verbindenden Metalldrahtes möglich ist. Das ist die Grundlage von Strom- quellen, die man nach ihrem Entdecker Luigi Galvani (1737–1798) als galvanische Elemente bezeichnet. Ziel ist es, deren Wirkungsweise zu verstehen. Ein kleines Becherglas ist etwa zur Hälfte mit Magnesiumchlorid-Lösung gefüllt. In das Becherglas stellt man einen porösen Ton- zylinder, der eine Kupfer(II)-chlorid-Lösung enthält (a). In die Magnesiumchlorid-Lösung wird ein Magnesiumdraht getaucht und in den Tonzylinder ein Streifen aus Kupferblech. Werden die beiden Metalle leitend verbunden, so lässt sich das Fließen eines elektrischen Stromes beobachten (b). Der Magnesiumdraht wird immer dünner, und am Kupferblech bildet sich ein Überzug. Geeignete Messgeräte zeigen an, dass der Magnesiumdraht den Minuspol der Stromquelle bildet und das Kupferblech den Pluspol. Der Ersatz des Tonzylinders durch ein Glasgefäß – also das »Verschließen« der Poren – wirkt genauso wie die Unterbrechung des verbindenden Metalldrahtes: Der Stromfluss hört augenblicklich auf. Aus welchen Stoffteilchen bestehen Magne- siumchlorid und Kupfer(II)-chlorid, und wie lauten die entsprechenden Formeln? Wodurch unterscheiden sich edle und unedle Metalle und deren Kationen? Ist Kupfer oder Magnesium das edlere Metall? Welches Stoffteilchen wirkt in dem oben beschriebenen Experiment als Re- duktionsmittel bzw. Oxidationsmittel? Welcher Vorgang ist als Reduktion bzw. Oxidation zu bezeichnen? Wie lautet die Gleichung für die Redoxreaktion? Bewegen sich die Elektronen im Metalldraht vom Magnesium zum Kupfer oder in umgekehrter Richtung? Welche Funk- tion haben die Poren des Tonzylinders? Woraus besteht der Überzug, der sich auf dem Kupfer- blech bildet? Wie sind die Reaktionsgleichungen zu formu- lieren? Wie sind die Begriffe Reduktionsmittel, Oxidationsmittel, Reduktion und Oxidation für die Trockenbatterie anzuwenden? In welcher Richtung bewegen sich die Elektronen? Was besagt das Prinzip von Le Châtelier? Welche Aufgabe hat die Papierschicht? In Trockenbatterien reagieren die Zinkatome des Gehäuses mit Mangan(IV)-oxid. Es bilden sich Zink(II)- und Mangan(III)-Ionen. Ein Zusatz von Ammoniumchlorid verschiebt das Redoxgleichgewicht: Einerseits durch abspalt- bare Protonen und andererseits durch Bildung von Tetramminzink(II)-Ionen. Überlegungen R2 a) b) c) MgCl 2 (aq) CuCl 2 (aq) Mg Cu MgCl 2 (aq) CuCl 2 (aq) Mg Cu MgCl 2 (aq) CuCl 2 (aq) Paste aus MnO 2 und NH 4 Cl Zinkgehäuse Papierschicht Kohlestab mit Messing- kappe für guten Kontakt Nur t zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv