Kartoffelwassersalzgehalt-Meßprojekt

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immi07
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Kartoffelwassersalzgehalt-Meßprojekt

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,

also
"Mama, da ist gar kein Salz an den Kartoffeln, hab ich gemessen!"
Wäre dann die Überschrift für den Artikel.

Warum müssen beide elektrolytisch verbunden sein? Kann man nicht die Spannung über einem (Silber und irgentwas) Elektrodenpaar messen und mit definierten Konzentrationen vergleichen.
Gruß Thomas
Wenn Du ein Schiff bauen willst, dann rufe nicht die Menschen zusammen, um Pläne zu machen, Arbeit zu verteilen, Werkzeug zu holen und Holz zu schlagen, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten, endlosen Meer. Dann bauen sie das Schiff von alleine. Antoine de Saint-Exupéry

Du hast eine Handvoll Brombeeren und wirfst sie zur Erde. Sie verbinden sich mit der Erde zu Erdbeeren. Und Brom wird frei.

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mgritsch
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Re: neu hier...

Beitrag von mgritsch »

immi07 hat geschrieben:
Dienstag 19. Januar 2021, 19:01
"Mama, da ist gar kein Salz an den Kartoffeln, hab ich gemessen!"
Wäre dann die Überschrift für den Artikel.
mhh, mit dem Festkörper Kartoffel wird es etwas schwieriger aber auch möglich. Bleiben wir mal bei der Suppe für den Anfang :)
Warum müssen beide elektrolytisch verbunden sein? Kann man nicht die Spannung über einem (Silber und irgentwas) Elektrodenpaar messen und mit definierten Konzentrationen vergleichen.
Du brauchst einen geschlossenen Stromkreis damit du sinnvoll eine Spannung messen kannst.
Der besteht aus folgenden 3 "Bauteilen": Silber in Salzwasser - Silber in Suppe - Voltmeter.
das Voltmeter ist mit je einer Elektrode mit den beiden Silber verbunden. Und was verbindet Suppe und Salzwasser?

Im metallischen Leiter fließt Strom weil darin Elektronen wandern können. In einer Lösung können nur Ionen wandern (also Natrium oder Chlorid in dem Fall). Für die Verbindung benutzt man daher idR einen "Stromschlüssel" - das ist ein Röhrchen, in dem ein salzhaltiges Gel ist. Durch das Gel kann es nicht ausfließen, die Ionen können sich aber immer noch bewegen.
Verbindest du die beiden Lösungen nur mit einem Draht, dann können die Ionen nur bis zu dem Draht wandern - dort ist Schluss. Dadurch baut sich an der Stelle eine Gegenspannung auf und du kannst nichts messen.

Eine ganz einfache Verbindung kann man auch herstellen, indem man statt eines Gel-gefüllten Röhrchens einfach die beiden Flüssigkeiten mit einem Stück Filterpapier verbindet (ggfs zu einem Docht zusammengerollt damit etwas stabilisiert) - damit ist auch eine Flüssigkeitsbrücke hergestellt.

Eine sehr hübsche Lösung wäre, wenn du ein kleines (nicht glasiertes und ohne Loch im Boden) Ton-Töpfchen hättest. Der Ton ist "Semipermeabel" - da können Ionen auch durch wandern, ähnlich wie entlang des Filterpapiers. In dem Fall würdest du einfach einen Löffel in die Suppe legen, das Ton-Töpfchen in die Suppe stellen, innen mit Salzwasser befüllen und den zweiten Löffel da rein stellen - e voila.

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immi07
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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,

mir ist immer noch nicht klar, warum ich nicht die Spannung über einer (Kohle oder irgentwas Elektrode) und der Silberelektrode messen kann und die Elektrode in der bekannten Salzlösung mitmachen muß.
gruß Thomas
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mgritsch
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Re: neu hier...

Beitrag von mgritsch »

Verstehe :) Frage Nummer eins - warum gibt es überhaupt eine Spannung?

Weil das Silber-Metall sich ein klein wenig auflösen möchte und dabei wird pro Silberatom ein Elektron frei.
Je leichter sich das Silber auflösen kann (auch wenn wir nur von absolut minimalsten Mengen sprechen), desto "negativer" das Potenzial weil dann ja mehr negative Elektronen zur Verfügung stehen.

Aber so ein einsames Potenzial alleine - das kann nirgends hin fließen. Nach kürzester Zeit hat sich so viel Silber aufgelöst wie halt geht, die frei gewordenen Elektronen sammeln sich an der Metalloberfläche, die ist dann ein klein wenig negativ aufgeladen und direkt daneben in der Lösung gibt's die zugehörigen positiv geladenen Ag+ Ionen und dann ist Ende mit Reaktion. Von außen sieht der Betrachter gar nichts, kann nichts messen. Das wäre nur eine kleine Ladungsverschiebung auf atomarem Niveau an der Grenzfläche zwischen Silber und Flüssigkeit. Da passt kein Voltmeter mehr zwischen rein :)

Daher brauchen wir eine zweite Elektrode, und die muss tunlichst ein anderes Potenzial haben. Bauen wir also eine zweite Elektrode die sich von der ersten irgendwie unterscheidet. Dazu reicht es in dem Fall, dass sich das Silber in der zweiten Lösung vergleichsweise leichter oder schwerer löst. Dann können die Elektronen vom Metall der negativeren Elektrode durch den Draht zur anderen Elektrode wandern (wo ja weniger sind) und somit haben wir einen Strom bzw eine Spannung die wir auch von außen messen können.

Der Rest ist dann der oben beschriebene Aufbau um den Stromkreis zu schließen.

Unterschiedliche Potenziale kann man auf verschiedene Weise erzeugen:
erstens mal indem man verschiedene Metalle benutzt (zB auf der einen Seite Kupfer - auf der anderen Zink - schon haben wir eine Batterie, auch nichts anderes.) Die Elemente unterscheiden sich sehr stark darin, wie leicht sie unter Abgabe von Elektronen in Lösung gehen. Unedle Metalle wie Zink lösen sich sehr leicht - haben somit ein stark negatives Potenzial. Edle Metalle wie Silber oder Kupfer sehr schwer - positives Potenzial. Was negativ und was positiv ist, kommt immer nur auf die "relative Löslichkeit" in Vergleich zu einem anderen an. Während Kupfer positiver als Zink ist, ist es negativer als Silber!

Die andere Möglichkeit ist, die Konzentration zu variieren. In einer Lösung in der schon viel Ag ist, will sich nicht noch mehr auflösen, logisch oder? Wenn ich also 2 mal Silber nehme, dann gibt es mal keinen "fundamentalen" chemischen Unterschied mehr wie zwischen den verschiedenen Metallen. Während Cu und Zn in einer jeweils gleich starken Salzlösung einen kräftigen Potenzialunterschied haben, gäbe es zwischen 2 Silber in einer gleich starken Salzlösung keinen. Wie auch, ist ja auf beiden Seiten gleich einfach sich zu lösen. Wenn ich aber auf der einen Seite etwas Silber "vorlöse" (zB indem man Silbernitrat rein gibt) dann ist da schon viel mehr drin und es löst sich weniger aus der Elektrode - sie wird damit positiver sein als eine Elektrode im reinen Wasser.

Für unsere Anwendung gehen wir aber noch einen Schritt weiter. Wir wollen kein Silbernitrat in die Suppe, das wäre nicht bekömmlich. Und es interessiert uns auch nicht. Wir nutzen das Gesetz des so genannten "Lösungsgleichgewichts" nach dem das Produkt aus Silber-Konzentration und Chlorid-Konzentration immer konstant ist. Das bedeutet: je mehr Chlorid (Kochsalz) drin ist, desto weniger Silber passt rein! Doppelte Chlorid-Menge = halbe Ag-Menge usw. Damit gibt es jetzt einen Zusammenhang - je mehr Chlorid desto weniger Silber in der Lösung, je weniger Silber in der Lösung desto negativer die Elektrode! so schließt sich der Kreis...

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immi07
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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,
Konzentrationselement_Kupfer.png
aus Wikipedia

nur mit Silberchlorid am Silberberlöffel ??
Gruß Thomas

Edit eigentlich Chlorid aus Natriumchlorid
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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch

war der Teil die ganze Zeit schon da?

Eine sehr hübsche Lösung wäre, wenn du ein kleines (nicht glasiertes und ohne Loch im Boden) Ton-Töpfchen hättest. Der Ton ist "Semipermeabel" - da können Ionen auch durch wandern, ähnlich wie entlang des Filterpapiers. In dem Fall würdest du einfach einen Löffel in die Suppe legen, das Ton-Töpfchen in die Suppe stellen, innen mit Salzwasser befüllen und den zweiten Löffel da rein stellen - e voila.
P1160492.JPG
Töpfchen hat oben 75 mm unten 50 mm Höhe 50 mm

Gruß Thomas
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mgritsch
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Re: neu hier...

Beitrag von mgritsch »

Genau das!
Und ich tipp mir hier den Mund fusselig ;)

Die Ergänzung mit Töpfchen habe ich tatsächlich nachträglich hinzugefügt, erwischt :oops: könnte perfekt passen!

Glaskocher
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Re: neu hier...

Beitrag von Glaskocher »

Im Prinziep funktioniert das wie in der Skizze. Nur daß jetzt die Chloridionen in der Lösung dem Silber seine Konzentration über das Löslichkeitsprodukt "diktieren".

Ein mit Salzlösung getränktes Filterpapier (Küchenrolle) als Brücke zwischen dem Suppenbecher und dem Becher mit Salzlösung bekannter Konzentration sollte gut funktionieren. Das hat bei mir in so genannten "Konzentrationszellen" am besten funktioniert, besser als ein Y-Rohr mit Glasfritten in beiden "Armen".

Man kann beim Silber mit Hilfe der gemessenen Spannung (59 Millivolt je Zehnerpotenz Konzentrationsunterschied) und der Konzentration der Vergleichlösung auch auf die Konzentration der Probe schließen. Ich tippe mal, daß eine gesättigte Kochsalzlösung (ca. 4 Mol je Liter) eine gute Vergleichlösung ist. Die läßt sich auch ohne Waage reproduzierbar herstellen. Ein Bodensatz gleicht versehentliche Verdünnung wieder aus.

Jetzt müßte man sich eine Reihe "Prüflösungen" machen, die jeweils 1/10 der Konzentration der nächsthöheren Konzentration haben. Drei Lösungen (0,4 mol/L; 0,04 mol/L; 0,004 mol/L) sollten zumindest das Funktions-Prinziep zeigen.

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immi07
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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

Hallo Glaskocher Hallo mgritsch

ich hab inzwischen ein wenig gelesen und fasse mal zusammen, was ich verstanden habe.

Wir wollen, um den Salzgehalt in Mutters Kartoffelkochwasser zu überprüfen die Spannungsdifferenz an 2 Stück ionenleitfähig mit einander verbundenen Ag/AgCl - Elektroden (Elektrode 2. Art) messen. Wenn die Salzkonzentration identisch ist muß die Spannung null sein. Wenn die Konzentration verschieden ist, muß die Polarität die Richtung des Gefälles anzeigen und die Spannung die Größe der Differenz der Konzentrationen.

für die ionenleitfähige Verbindung gibt es verschiedene Möglichkeiten - für den Hausgebrauch kommen Wischrolle, Wollfaden, oder Tontöpfchen in Frage.

Gruß Thomas
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mgritsch
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Re: neu hier...

Beitrag von mgritsch »

:thumbsup:
Alles perfekt verstanden und zusammengefasst.

Und was Glaskocher schreibt dürfte die größte Challenge sein - pro Faktor 10 sind es nur 0,059 Volt. Das Multimeter sollte also schon eher so 0,1 mV genau können damit man den Unterschied zwischen „schmeckt“ und „versalzen“ zuverlässig erkennen kann. Aber machbar.

1 mV kann jedes mittelprächtige Gerät, die haben aber auch eher mittelprächtig hohen Eingangswiderstand (auch wichtig für eine reproduzierbare Messung... wenn du durch das niederohmige Voltmeter ständig Strom fließen lässt, wird die kleine „Batterie“ aus Ag/AgCl bald leer und die Ergebnisse stimmen nicht mehr...) Wenn du zufällig was besseres hast was 0,1 oder gar 0,01 mV kann wäre es perfekt. Ich glaube mit Elektrik kennst du dich aus?

Versuch macht kluch, einfach mal los legen und sehen was passiert :) Wir betreten da ein Stück weit Neuland - auch wenn die Ag/AgCl Elektrode ein alter Standard ist, als Haushaltsversuch mit Besteck habe ich sie noch nirgends beschrieben gesehen. Schlimmstenfalls war‘s halt nichts außer Spaß gehabt ;)

Möglichkeiten zu testen: destilliertes Wasser <<1 mg Chlorid pro Liter, eher schlecht definiert; Leitungswasser je nachdem so um die 20-100 (dein Wasserversorger sollte Analysenwerte dazu bereitstellen); Mineralwasser - siehe Etikett;
1000 mg/l = 1 g/l lässt sich gut selbst herstellen, auch 10 g/l. Meerwasser um die 3,5 g/l. Die gesättigte NaCl Lösung 356 g/l (ich nehme da gerne eine Flasche und packe ordentlich Regeneriersalz rein, das darf dann länger mit Bodensatz stehen und ist wirklich gesättigt).
Von 1 mg/l bis 100 g/l hast du 5 Größenordnungen, somit einen Spielraum von etwa 0,3V in dem sich alles abspielen wird.

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immi07
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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

Hallo,
mgritsch hat geschrieben:
Mittwoch 26. September 2018, 20:23
Ach so, ganz unchemische spielereien...
Ich habe schon mal überlegt ob es elektroanalytische Einsatzmöglichkeiten gibt, mit einem passenden Frequenzgeneratorsignal und Elektrode...
P1160493.JPG
Ist doch ein schöner Spannungsmesser. 1MOhm und 0,01V/cm macht 60 mV mit 1mV Auflösung
P1160494.JPG
und nun mal schnell ein Überschlag - das ist gerade in unserer zuhauseSchule Thema
P1160497.JPG
2 Gabeln
2 Gläser
1x 30g Kochsalzauf ca. 100ml Leitungswasser
1x eine Prise kochsalz auf ca. 100ml Leitungswasser
Wischrolle braucht ca. 60 s für die Verbindung, dann gibt es eine Spannungsspitze und der Punkt sprang aus dem Bild.
Bereich ändern auf 0,3 V/cm
P1160498.JPG
mit einer weiteren Prise Salz und kurz umrühren wanderte der Punkt gleichmäßig innerhalb 3 sek an seinen neun Platz.

nun werde ich mal ein wenig Homöophtie machen und mir eine Salzlösung verdünnen.
Gruß Thomas

Beim Vielfachmesser macht die letzte Stelle Countdown im Sekundentakt. Schönen Gruß vom Innenwiderstand.

Edit: Oszis Innenwiderstand ist groß genug. Der Punkt steht seit einer Stunde stabil.

Edit die 2. nun müßte ja mit Diffusion ein Konzentrationsausgleich stattfinden und die Spannung kleiner werden. Tage, Wochen
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Re: neu hier...

Beitrag von Glaskocher »

Ich bemerke: Gleichspannung ist auch nur eine Sinuswelle unendlicher Wellenlänge... ;--)

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immi07
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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

schön gesagt
gruß Thomas
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Re: neu hier...

Beitrag von mgritsch »

:thumbsup: Proof of Concept ist erbracht!
Der Rest ist dann Detailausarbeitung... bin auf eure nächsten Schritte gespannt :)

Ja so ein Multimeter wie am Tisch meinte ich mit "mittelprächtig". Beim Oszi - 1 MΩ ... normalerweise wäre das eher wenig, sollten schon so ≥10 MΩ sein um die Zelle nicht zu viel zu belasten. Die Zelle hat aber zum Glück einen sehr geringen Innenwiderstand. Super dass es doch gut geht!

Ein paar Inputs/Überlegungen zur Ausarbeitung:
- wie gut lässt sich die Nullinie bei gleicher Konzentration in beiden reproduzieren? Wie gut das Potenzial wenn man die beien vertauscht (also gleiche Lösungen aber die beiden Gabeln tauschen Platz) Wenn nicht, ist das ein Hinweis auf zB mögliche Defekte in der Silberschicht - da spielt dann ein zweites Metall oder Redox-Reaktion mit...
- große Elektrodenfläche hilft tendenziell für ein stabiles Signal, also besser den Esslöffel als nur die Gabelspitzen einsetzen ;)
- Man kann Silber mit einer ganz minimalen AgCl-Schicht überziehen, indem man es kurz (5-10 min) bei ca 1V in verdünnter (0,3%) Salzsäure als Anode elektrolysiert. Das sollte auch helfen reproduzierbarere Signale zu bekommen.

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Re: neu hier...

Beitrag von immi07 »

Hallo,
muß das Besteck gereinigt werden?
Gruß Thomas

Edit: was für ne blöde Frage - das Zeug muß gereinigt werden. 6 Gabeln machen 30 Päarchen und mit Gläser vertauschen 60 Werte.

und jede Gabelkombination macht ihre eigene Nulllinie, die ist aber ziemlich stabil mit verschiedenen Wässern bei Konzentrationsgleiche in beiden Gläsern.
P1160499.JPG
Ich werde erst mal mit den großflächigen Salatlöffeln weitermachen.

leider wirkt der ganze Aufbau schon als Antenne bei 0,1 V/cm
P1160500.JPG

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