44 3Galvanische Elemente Chemie im Alltag Was bezeichnen wir als „Galvanische Elemente“? Galvanische Elemente („Galvanische Zellen“) bestehen aus zwei unterschiedlichen Metallen, die in eine elektrisch leitende Flüssigkeit (den Elektrolyten) eingetaucht sind. Dabei wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Mit einem Voltmeter kann elektrische Spannung nachgewiesen werden (Abb. 44.1). Metalle (allgemeine Abkürzung „Me“) lösen sich im Elektrolyten. Sie werden dabei oxidiert und geben Elektronen ab: Me Me+ + e– Unedlere Metalle (zB Magnesium, Zink, Lithium …) zersetzen sich schneller als edlere Metalle (zB Kupfer, Silber …). Die positiv geladenen Metall-Ionen wandern in die Flüssigkeit, die frei beweglichen Elektronen bleiben im Metall zurück. Im unedleren Metall befinden sich mehr freigesetzte Elektronen als im edleren. Es bildet den Minuspol, das edlere Metall den Pluspol (Abb. 44.2). 44.1 Tauchst du zwei Metalle (zB Mg und Cu) in einen Elektrolyten (zB Essig), so kannst du elektrische Spannung messen. V Cu Mg Elektrolyt (zB Essig) Cu2+ Cu2+ Cu2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ 44.2 Unedlere Metalle (zB Mg) lösen sich besser im Elektrolyten als edlere (zB Cu) und bilden den Minuspol. Wie sind galvanische Zellen und Batterien aufgebaut? Zerlegst du eine Zink-Kohle-Zelle, so erkennst du, dass ein Zinkbecher den Minuspol bildet (Abb. 44.3). Der Pluspol wird von einem dunklen Pulver (Mangandioxid) und einem Kohlestab gebildet. Der Elektrolyt ist die Ammoniumchlorid-Lösung, mit dem das Mangandioxid-Pulver eingedickt ist. Bei Alkali-Zellen wird der Minuspol von Zinkpulver gebildet, das mit „Kalilauge“ (Kaliumhydroxid-Lösung) zu einem Gel eingedickt ist (Abb. 44.3). Diese Zellen geben eine elektrische Spannung von 1,5 Volt ab. Sollen höhere Spannungen erreicht werden, so werden einzelne Zellen „in Reihe“ zu einer Batterie zusammengeschlossen. Dabei wird der Pluspol einer Zelle mit dem Minuspol der nächsten Zelle verbunden. Verbrauchte Zellen lassen sich nicht wieder „aufladen“. Stahlbecher Kohlestift mit Metallkappe Isoliermasse Braunstein Salmiakpaste Zinkpulver + Kalilauge Zinkbecher Messingstift 44.3 Aufbau einer Zink-Kohle-Zelle und einer Alkali-Mangan-Zelle 44.4 Batterien bestehen aus mehreren Zellen. Infobox: Galvanische Elemente sind nach dem Forscher Luigi Galvani benannt. Er entdeckte Muskelzuckungen bei der Berührung der Nerven von Froschschenkeln mit zwei verschiedenen Metallen. Begreifbare Spannung Schließe unterschiedliche Metalle (zB Aluminium und Kupfer) an ein Voltmeter (DC, 20V) und umfasse diese Metallstücke mit je einer Hand. Mit welchen zwei Metallen erhältst du den höchsten elektrischen Spannungswert? Erstelle eine Tabelle. V1 A1 Die Recycling-Zelle Tauche den Zinkbecher und den Kohlestab einer zerlegten Zink-Kohle-Zelle in Ammoniumchlorid-Lösung. Miss die Spannung und versuche damit eine Leuchtdiode, eine Digitaluhr oder einen Solarmotor zu betreiben. Galvanische Zellen werden bei gleicher Spannung von 1,5V in unterschiedlichen Größen (zB AA, AAA …) angeboten. Diskutiert den möglichen Grund dafür in der Kleingruppe. V2 A2 Arbeitsheftseite 23 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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