Das Video kommt von YouTube: erst beim Abspielen verbindet sich die Seite mit YouTube (Google).
Redoxreaktion Teil 5 - Die Galvanische Zelle I musstewissen Chemie
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 41 Zeilen
- Mann, schon wieder Akku leer! Wisst ihr, Kinder, früher, vor langer Zeit, als ich 14 war und Handys neu auf dem Markt waren,
- da haben die Akkus eine Woche lang gehalten. Das waren noch Zeiten. Heute gehen wir noch weiter zurück
- in die Geschichte der Akkus und Batterien, denn die hat - wie soll's anders sein - ein Chemiker erfunden. Heute schauen wir uns die Mutter aller Batterien und Akkus an.
- Erfunden wurde sie 1835 von dem Chemiker John Frederic Daniell. Sein Aufbau mit Zink und Kupfer wird deswegen auch Daniell-Element genannt.
- Nachdem wir hier bei "musstewissen" schon gelernt haben, wo Redoxreaktionen in unserem Alltag vorkommen, gehen wir heute einen Schritt weiter und schauen uns an,
- wie wir Redoxreaktion ganz gezielt für unsere Zwecke nutzen können. Nämlich, um Strom zu erzeugen. Bei Redoxreaktionen werden ja
- Elektronen von einem Reaktionspartner auf den anderen übertragen. Was, wenn wir diese Elektronen irgendwie abfangen könnten? Dann hätten wir nämlich Strom, und genau das ist das Prinzip jeder Batterie.
- Na ja, man braucht eigentlich nur eine Redoxreaktion. Wir haben bisher gelernt, dass Oxidation und Reduktion niemals getrennt ablaufen, sondern immer gemeinsam in einer Redoxreaktion.
- Der Trick bei einer Batterie ist jetzt, dass wir Oxidation und Reduktion eben doch trennen, und zwar räumlich. Kurze Wiederholung: das unedle Metall, hier das Zink,
- gibt Elektronen ab und wird zu Zink 2+ oxidiert. Es verwandelt sich also vom festen Metall Zink in ein lösliches Zinkion um,
- welches sich dann in Wasser bzw. in der Salzlösung löst. Das edle Metall, hier Kupfer, tendiert eher dazu, Elektronen aufzunehmen,
- deswegen passiert mit einem Kupferstab in einer Salzlösung meistens nicht so viel. Wenn wir allerdings Kupferionen vorliegen haben,
- also Kupfer 2+ Ionen dann nehmen die sich die Elektronen, welche Zink abzugeben hat, und werden reduziert.
- Die wasserlöslichen Ionen wandeln sich also in festes Kupfer-Metall um. Wir sagen dazu: Genau das passiert ja auch
- mit unserem Eisennagel in der Kupfer-Sulfat-Lösung aus diesem Video hier. So weit nichts Neues, und jetzt kommt der Trick!
- Wir nehmen einmal einen Zinkstab, der in eine Zinksulfatlösung eingetaucht ist. Wir haben hier also sowohl elementares Zink
- als auch Zinkionen vorliegen. Man kann auch sagen, wir haben Zink sowohl in seiner reduzierten Form, nämlich fest, als auch in seiner oxidierten Form, nämlich als Ionen.
- Dasselbe machen wir jetzt noch mal, aber mit Kupfer. Ein Kupferstab, der in einer Kupfersulfatlösung eingetaucht ist. Hier genau dasselbe: Kupfer liegt sowohl in seiner reduzierten, festen Form vor,
- als auch in seiner oxidierten Form als Cu2+ Ionen. Noch passiert hier nichts. Wie können wir jetzt aber die Zinkzelle und die Kupferzelle irgendwie zusammenbringen,
- sodass eine Redoxreaktion ablaufen kann? Der Herr Daniell machte Folgendes: Zunächst verband er den Kupferstab und den Zinkstab durch ein Verbindungskabel.
- Verbindungskabel, bitte. Zink gibt Elektronen ab und wird dadurch zum positiv geladenen Zinkion, welches dadurch wieder in Lösung geht.
- Für jedes Zinkion, das entsteht, und das ja zweifach positiv geladen ist, bleiben im Metallstab zwei Elektronen zurück. Dadurch entsteht ein Elektronenüberschuss.
- Der Zinkstab ist also der Minuspol unserer Batterie. Beim Kupferstab passiert das Gegenteil. Die Kupferionen in der Lösung nehmen zwei Elektronen aus dem Stab auf
- und werden dadurch zu festem Kupfer. Das Kupfer setzt sich aus der Lösung an dem Stab ab, scheidet sich ab. Da für diese Reduktionsreaktion für jedes Kupferion
- zwei Elektronen aus dem Stab aufgenommen werden, entsteht dort eine positive Ladung. Der Kupferstab wird also zum Pluspol unserer Batterie.
- Aber noch haben wir hier gar keine Batterie. Denn durch die Verbindung entstehen zwar Plus- und Minuspol, man kann auch sagen, es entsteht eine Spannung,
- aber es fließt noch kein Strom. Der Grund dafür ist, dass am Zinkstab ein Überschuss an Zn2+ Ionen entsteht und die Lösung sich dadurch stark positiv auflädt.
- Denn für jedes Zinkatom, das zwei Elektronen abgibt, geht ja ein zweifach geladenes Zinkion in Lösung. Also gehen nur noch so viele Zinkionen in Lösung,
- wie sich gelichzeitig an der Elektrode wieder abscheiden. Dasselbe Problem haben wir am Kupferstab. Wenn hier aus Kupfersulfat Kupfer wird,
- bleiben negativ geladene Sulfationen in der Lösung zurück. Diese lädt sich dann stark negativ auf. Deswegen brauchen wir noch eine letzte Sache:
- einen sogenannten Ladungsausgleich. Die starke positive, beziehungsweise negative, Aufladung der Lösungen in den beiden Halbzellen müssen wir ausgleichen.
- Dazu packen wir den Kupferstab in der Kupfersalzlösung mit dem Zinkstab in der Zinksalzlösung zusammen. Wir nennen sie jetzt zwei Halbzellen.
- Diese Halbzellen werden verbunden durch eine poröse Tonwand. Poröse Tonwand, bitte. Wir sagen dazu auch "Membran".
- Porös heißt, dass in dieser Wand ganz kleine Löcher drin sind, so klein, dass da Ionen durchpassen. Also durch diese poröse Trennwand hin- und herfließen können.
- Und genau da liegt der Knackpunkt. Jetzt können nämlich die überschüssigen Sulfationen aus der Kupferhalbzelle in die Zinkhalbzelle wandern.
- Und andersherum können die positiven Zinkionen in die Kupferhalbzelle wandern. Damit ist der Stromkreis geschlossen, so sagt man. Kennt ihr aus der Physik. Wenn wir jetzt hier ein Glühlämpchen anschließen, leuchtet es auf.
- Denn jetzt fließt durch das Kabel Strom, also die Elektronen. Das Prinzip einer galvanischen Zelle ist also eine Redoxreaktion, die räumlich in zwei Halbzellen getrennt ist.
- Heute hatten wir das Beispiel des Daniell-Elements, aber alle Batterien und Akkus sind vom Prinzip her galvanische Zellen. Akkus können in Gegensatz zu Batterien auch wieder aufgeladen werden,
- indem man eine äußere Spannung anlegt, um die Redoxreaktion umzukehren. Aber eine letzte Frage habe ich noch, und zwar an euch: Warum gehen Batterien eigentlich überhaupt leer?
- Wenn ihr die galvanische Zelle richtig verstanden habt, könnt ihr vielleicht von alleine draufkommen. Schreibt eure Antworten in die Kommentare.
- Ansonsten freue ich mich über einen Daumen nach oben oder über ein Abo. Wir sehen uns. Bis bald. Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017
Zum Nachlesen
ChemieZentrale Begriffe der Chemie sind chemische Reaktionen und chemische Bindungen. Durch chemische Reaktionen werden chemische Bindungen gebildet oder gespalten.
RedoxreaktionDie Elektrochemische Spannungsreihe zeigt, dass Wasserstoff nicht das stärkste Reduktionsmittel ist. Besonders die Alkalimetalle und Erdalkalimetalle sind …
KorrosionKorrosion (von lateinisch corrodere ‚zersetzen', ‚zerfressen', ‚zernagen') ist aus technischer Sicht die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, …
Farbe“ Einfacher formuliert: Farbe ist die einzige Eigenschaft, die es erlaubt, mit dem Auge zwei strukturlose Flächen gleicher Helligkeit zu unterscheiden. Das …