Das galvanische Element des Herrn Daniell

Wissenschaftliche Experimente von besonderem historischem Interesse.

Moderator: Moderatoren

CD-ROM-LAUFWERK
Illumina-Mitglied
Beiträge: 562
Registriert: Sonntag 5. Januar 2014, 23:05

Beitrag von CD-ROM-LAUFWERK »

Das Zink löst sich auf, ist also die Anode, aber der Wasserstoff bildet die Kathode. Hier fließt dann also ein Strom durch den Leiter obwohl(!) das Zink sich auch einfach direkt auflösen könnte.
Es passiert beides. Das Kupfer bietet mehr Fläche für den Kontakt mit der Lösung (Transportlimitierung am Zink wird vermindert) und beschleunigt so die Reaktion.

Xyrofl
Illumina-Mitglied
Beiträge: 918
Registriert: Samstag 25. September 2010, 00:49

Beitrag von Xyrofl »

Oh ja, das stimmt, das kommt noch hinzu. Aber man sieht immer, dass die Blasen am Kupfer deutlich schneller aufsteigen als am Zink, meine ich mich zu erinnern.

Benutzeravatar
Pok
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1754
Registriert: Montag 19. August 2013, 01:03
Kontaktdaten:

Beitrag von Pok »

Xyrofl hat geschrieben:Wir können ferner auch sagen, dass sich nach einer kurzen Zeit auf der Zinkseite eine laminare Grenzschicht gebildet hat, die an Kupfer sehr verarmt ist.
Ok, dann hätte man praktisch wieder ein gewöhnliches Daniell-Element. Dann wird sich auch ein bisschen Kupfer am Kupferblech abscheiden. Das wäre aber m.E. der einzige Mechanismus, der eine Cu-Abscheidung am Cu-Blech erklären könnte.

Uranylacetat sollte den Versuch einfach nochmal ohne Tonzylinder durchführen und danach überprüfen, ob das Cu-Blech schwerer geworden ist. Und natürlich ordentlich rühren dabei. :mrgreen:
Mantra, Mantra ist eine deutsche Actionkomödie aus dem Jahr 1991.

Xyrofl
Illumina-Mitglied
Beiträge: 918
Registriert: Samstag 25. September 2010, 00:49

Beitrag von Xyrofl »

Das ganze Experiment ist so sowieso komplett verdreht. Elektrodenpotentiale berechnet man thermodynamisch, weil das Gleichgewichtsgrößen sind. Aber ein Zinkblech in einer Kupferlösung liegt zu keinem Zeitpunkt im Gleichgewicht vor.
Das ist ein aus theoretischer Sicht fürchterliches Experiment. Man sieht da deutlich, dass man schnell mit seinen Theorien wie ein auf dem Rücken liegender Käfer dasteht sobald die Grundannahmen verletzt sind.

Benutzeravatar
Uranylacetat
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1133
Registriert: Sonntag 8. August 2010, 23:17
Wohnort: Berlin-Pankow

Beitrag von Uranylacetat »

Eine durchaus interessante Diskussion, wie ich finde...

Hier das Element einige Tage später mit dem sichtbar korrodierten Zink:

Bild

Die Spannung hat sch bei 1,09 Volt eingependelt:

Bild
"Der einfachste Versuch, den man selbst gemacht hat, ist besser als der schönste, den man nur sieht." (Michael Faraday 1791-1867)

Alles ist Chemie, sofern man es nur "probiret". (Johann Wolfgang von Goethe 1749-1832)

„Dosis sola facit venenum.“ (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus 1493-1541)

"Wenn man es nur versucht, so geht´s; das heißt mitunter, doch nicht stets." (Wilhelm Busch 1832 -1908)

Glaskocher
Illumina-Mitglied
Beiträge: 988
Registriert: Dienstag 27. Oktober 2015, 22:17
Wohnort: Leverkusen

Beitrag von Glaskocher »

Die Bildung von Wasserstoff ist stark zurück gedrängt, da er eine recht hohe Überspannung auf Zinkelektroden hat. Dadurch wird die Zinkoberfläche so stark polarisiert, daß man sogar oberflächlich oxidiertes Zinkpulver ohne allzugroße Masseverluste mit ~1M Salzsäure behandeln und mit Wasser/Ethanol/Ether spülen kann. Anfangs gibt es kurz eine Gasentwicklung, die rasch abebbt.


Die Polarisation durch adsorbierten Wasserstoff ist auch bei der "Zink-Kohle-Batterie" der Grund für den Einsatz einer Braunstein-Paste um die Kohleelektrode herum. Der an der Kohleelektrode entstehende und nicht abtransportierte Wasserstoff läßt dort den "Verbrauch" der Elektronen rasch zum Erliegen kommen. Dieses Problem wird im Leclanché-Element elegant umgangen. Durch die Reduktion von Braunstein zu Mn2O3 wird der Wasserstoff verbraucht und die Spannung der Batterie auf ca. 1,5V erhöht.


Ein funktionierendes Modell des Leclanché-Elements zu bauen ist übrigens eine gewisse Herausforderung. Diskussion dazu bitte hier...

Benutzeravatar
Uranylacetat
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1133
Registriert: Sonntag 8. August 2010, 23:17
Wohnort: Berlin-Pankow

Beitrag von Uranylacetat »

Ein Leclanché-Element habe ich auch schon versucht, es in der Tat eine Herausforderung, wie Glaskocher in seinem Thread zu Recht erwähnt.... Die höhere Spannung des Leclanché-Elements liegt an dem Kohle- bzw. Graphitstab, der in dem Fall noch "edler" ist als das Kupfer.
"Der einfachste Versuch, den man selbst gemacht hat, ist besser als der schönste, den man nur sieht." (Michael Faraday 1791-1867)

Alles ist Chemie, sofern man es nur "probiret". (Johann Wolfgang von Goethe 1749-1832)

„Dosis sola facit venenum.“ (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus 1493-1541)

"Wenn man es nur versucht, so geht´s; das heißt mitunter, doch nicht stets." (Wilhelm Busch 1832 -1908)

zweitens
Illumina-Mitglied
Beiträge: 127
Registriert: Freitag 5. Februar 2016, 12:29

Beitrag von zweitens »

Die Erde selbst hat auber auch 0 Volt per Definition. In Wirklichkeit, ist es vielleicht wie bei Wolken, also Reibung imWeltall und die ganze Erde hat plus eine Million Volt. Das wissen wir gar nicht.

Aber da die Normalwasserstoffelektrode 0 Volt hat und die Erde auch, sage ich, dass es nicht so ist, dass an beiden Halbzellen, also auch Cu einige Atome in Lösung gehen und somit auch die Cu Blech-Elektrode negativ ist, nur nicht so negativ, wie die Zn Elektrode.
Nein, die Cu Elektrode muss positiv gerworden sen, also so wie ich sagte, es scheidet sich Cu in kleinen Menken an der Elektrode ab.

Aber prinzipiell richtig, das andere könnte auch stimmen. Nur wenn das mit 0V vom der Pt Elektrode und der Erde so ist, dann muss doch meine Lösung stimmen.
Denn sonst wäre auch die Cu- Halbzelle negativ (weniger negativ als Zu) aber die hat doch nunmal plus 0,34V (auswendig, müsste aber stimmen) bei 1M also den definierten Bedingungen.

Benutzeravatar
Uranylacetat
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1133
Registriert: Sonntag 8. August 2010, 23:17
Wohnort: Berlin-Pankow

Beitrag von Uranylacetat »

@zweitens, da liegst Du richtig. Die Kupfer-Halbzelle hat +0,34 Volt! Siehe auch meine Erklärung im Text....
"Der einfachste Versuch, den man selbst gemacht hat, ist besser als der schönste, den man nur sieht." (Michael Faraday 1791-1867)

Alles ist Chemie, sofern man es nur "probiret". (Johann Wolfgang von Goethe 1749-1832)

„Dosis sola facit venenum.“ (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus 1493-1541)

"Wenn man es nur versucht, so geht´s; das heißt mitunter, doch nicht stets." (Wilhelm Busch 1832 -1908)

Benutzeravatar
Pok
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1754
Registriert: Montag 19. August 2013, 01:03
Kontaktdaten:

Beitrag von Pok »

zweitens hat geschrieben:Aber da die Normalwasserstoffelektrode 0 Volt hat und die Erde auch...
Damit ist garantiert nicht dasselbe gemeint. Die Normalasserstoffelektrode wurde willkürlich bei 0,00 V festgelegt - als Referenz nur zu anderen Redoxpotentialen. Wieso sollte das natürliche System "Erde" rein zufällig exakt denselben Wert haben, wie eine rein künstliche (!), genau mit 1 mol/l (!) H+ arbeitende Wasserstoffelektrode? Das KANN gar nicht sein. Bei der Erde müsste man sich auch wieder fragen, gegenüber was soll die 0,00 V haben (auf keinen Fall kann die Normalwasserstoffelektrode gemeint sein! Solche Zufälle gibts nicht!)? Lassen wir das....
Mantra, Mantra ist eine deutsche Actionkomödie aus dem Jahr 1991.

ChemDoc
Illumina-Mitglied
Beiträge: 475
Registriert: Dienstag 11. August 2009, 21:39

Beitrag von ChemDoc »

Heute ist der 1. April!!

Xyrofl
Illumina-Mitglied
Beiträge: 918
Registriert: Samstag 25. September 2010, 00:49

Beitrag von Xyrofl »

Chemdoc bleibt unbesiegt. Den anderen hat zweitens die Brügel rausgeschmissen. Sehr coole Aktion. Zweitens ist top Ehrenmann.

Benutzeravatar
Uranylacetat
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1133
Registriert: Sonntag 8. August 2010, 23:17
Wohnort: Berlin-Pankow

Beitrag von Uranylacetat »

Diese Diskussion hier hat mich veranlaßt, in meiner historischen Sammlung von Experimentierbüchern wieder mal zu lesen... :wink: Dabei fand ich das hier:

Bild

Bild

Auszug aus: K. Scheid "Anorganische Chemie" 1909 Verlag von Quelle & Meyer in Leipzig

Das Daniell-Element läßt sich also wieder regenerieren, indem die Pole mit den gleichen Polen einer Gleichstromquelle verbunden werden. Dann löst sich das Kupfer in Kupfersulfat auf, während sich Zink metallisch abscheidet. Also ein umkehrbares Element...

Im Gegensatz zur Volta'schen Säule oder Leclanché-Element nutzt sich das Daniell-Element nur soweit ab, wie es an einem Stromverbraucher betrieben wird.
"Der einfachste Versuch, den man selbst gemacht hat, ist besser als der schönste, den man nur sieht." (Michael Faraday 1791-1867)

Alles ist Chemie, sofern man es nur "probiret". (Johann Wolfgang von Goethe 1749-1832)

„Dosis sola facit venenum.“ (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus 1493-1541)

"Wenn man es nur versucht, so geht´s; das heißt mitunter, doch nicht stets." (Wilhelm Busch 1832 -1908)

Benutzeravatar
Pok
Illumina-Mitglied
Beiträge: 1754
Registriert: Montag 19. August 2013, 01:03
Kontaktdaten:

Beitrag von Pok »

Wenn die Reaktion so gut umkehrbar ist, dann können ja tatsächlich nur Sulfationen durch den Tonzylinder wandern und so gut wie keine Zinkionen. Wenn Zinkionen rüber wanderten, müssten sie ja beim Aufladen der Batterie sonst aus der Kupferhalbzelle wieder zurückwandern. Das könnten dann auch die gleichzeitig wieder aus dem Kupferblech freigesetzten Kupferionen und die würden die Zinkelektrode dann kontaminieren.

Bei Salzbrücken (z.B. mit KCl oder KNO3) wird Wert auf ähnliche Ionenbeweglichkeiten von Anion und Kation gelegt. Deshalb scheint mir die Erklärung mit der (viel) größeren Ionenbeweglichkeit von Sulfationen ggü. Zinkionen Sinn zu machen. Allerdings soll das ja auch mit ner Membran statt Tonwand klappen. Da ist der Weg von der einen zur anderen Seite ja vernachlässigbar klein und das spricht irgendwie gegen diese Annahme. Vielleicht wäre so eine Membran-Daniell-Zelle aber auch gar nicht so gut wieder aufladbar...

An der Beschreibung unter §315 (oberes Bild) erkennt man übrigens eindeutig, dass die Membran nicht semipermeabel sein muss. Ein Wattebausch ist das nämlich definitiv nicht. Und die von Uranylacetat im Artikel erwähnten Gravity-Zellen schon gar nicht. :wink:
Mantra, Mantra ist eine deutsche Actionkomödie aus dem Jahr 1991.

zweitens
Illumina-Mitglied
Beiträge: 127
Registriert: Freitag 5. Februar 2016, 12:29

Beitrag von zweitens »

Pok hat geschrieben:
zweitens hat geschrieben:Aber da die Normalwasserstoffelektrode 0 Volt hat und die Erde auch...
Damit ist garantiert nicht dasselbe gemeint. Die Normalasserstoffelektrode wurde willkürlich bei 0,00 V festgelegt - als Referenz nur zu anderen Redoxpotentialen. Wieso sollte das natürliche System "Erde" rein zufällig exakt denselben Wert haben, wie eine rein künstliche (!), genau mit 1 mol/l (!) H+ arbeitende Wasserstoffelektrode? Das KANN gar nicht sein. Bei der Erde müsste man sich auch wieder fragen, gegenüber was soll die 0,00 V haben (auf keinen Fall kann die Normalwasserstoffelektrode gemeint sein! Solche Zufälle gibts nicht!)? Lassen wir das....
Es fließen aber Ströme ziwschen Potentialen. Also auch zur Erde kann eine Halbzelle geschaltet werden..

Also einerseits ja, es könnte sein, dass beide Metalle in Lösung gehen nur eine mehr als das andere.
Aber muss es? Denn: Wenn ein Eisennagel (oder ein anderes unedleres Metall als Cu) in eine Kupfersulfatlösung getaucht bewirkt all eine sofortige Abscheidung von metallischem Cu am unedlen Metall. Und zeitgleich mit dem Auflösen des unedlen Metalls. Vielleicht sogar schon vor dem ersten Auflösen des Metalls, das ist wieder eine Frage der Halbzellenpotentiale. Wenn die 0,34V vom Cu größer sind als der negative Wert des unendleren, dann sollte ja eher Cu schnelle sich abscheiden alsdass das anderfe Metall sich auflöst.
Aber Zn ist "doppelt" so unedel, wie Cu edel ist, also in dem Fall ist vielleicht Zn schneller beim Auflösen als Cu beim Abscheiden aber wei0 das sicher?


So, Nachtrag nach Wikipediasicht:
Das absolute Elektrodenpotential der Wasserstoffelektrode beträgt bei 298,15 K nach IUPAC-Empfehlung 4,44±0,02 V.[1]
Also doch nicht 0V und somit gleich der Erde sondern offfenbar plus 4,44V und somit sind alle hier besprochenen Halbzellen Elektropositiv und nicht negativ und immer scheidet sich ein Metall an der Elektrode zuerst ab, alsdass was in Lösung geht. Bei Cu und Kupfersulfat auch verständlich.
Aber offenbar auch beim Zn der Fall. Das Leitungsband hat also offenbar eine drastischen Effekt, denn die Summe der Inonen in Lösung im Vergleich zu wenigen Ionen in Lösung nicht haben. Irgendwie auch logisch. Denn Das Leitungsband kann was. Die Platen in einem Kondensator (z.B. aus Blech) können ja sehr viele Elektronen zusätzlich aufnehmen und bei der positiven Platte abgeben und trotzdem sind die metallischen Eigenschaften der Bleche noch erhalten! Das muss irgendwie gehen. Und das geht nur mit den Elektronen im Leitungsband.

Der Elektrolyt dagegen kann fast keine (behaupte ich jetzt mal) Elektronen aufnehmen oder abgeben. Oder vergleichsweise wenig. Denn Plastik kann es. Den Effekt mit Synthetikkleidung im Winter kennt jeder. Das Knistern beim über den Kopf ziehen. Und soviel Metall haben wir da nicht am Körper. Also jeder Leiter und quasi auch Isolatoren können Ladungen trennen/aufnehmen.

Antworten