Schülerversuch; 15 min.

Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Vorbemerkung
Anhand der Korrosionsvorgänge kann hervorragend der Übergang zu den galvanischen Elementen (Typ Volta-Element) erfolgen.

Geräte
Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Becherglas (250 ml), Multimeter, niederohmiger Elektromotor, Kabelmaterial, 2 Krokodilklemmen.

Chemikalien und Material
Schwefelsäure (c = 0,5 mol/l) (Xi), Kupfersulfatlösung (w = 0,1 %), Zinkgranalie, saubere Bleche von Kupfer und Zink.

Durchführung

1 Vorversuch
In zwei Reagenzgläser geben wir jeweils etwa 10 ml Schwefelsäure. Dann werfen wir in beide je eine Zinkgranalie ein. Entgegen jeglicher Erfahrung beobachten wir kaum Gasentwicklung. Die Zinkgranalien sind erstaunlich stabil.
Dann geben wir zu einem Reagenzglas drei Tropfen der Kupfersulfatlösung. Schon nach kurzer Zeit beginnt eine starke Gasentwicklung, die Zinkgranalie beginnt sich offenbar zu zersetzen. Wir beobachten weiter, dass sich Kupfer auf der Granalie abscheidet.

Zn + Cu²⁺ ———> Zn²⁺ + Cu

Offenbar spielt Kupfer die Rolle eines Katalysators.
Das untersuchen wir im nächsten Teilversuch.

2 Untersuchung der katalytischen Rolle des Kupfers
Wir nehmen nun ein Becherglas, das wir halb mit frischer Schwefelsäure füllen. Wir halten das Zinkblech und das Kupferblech mit Hilfe von Krokodilklemmen hinein. Es passiert nichts. Wenn wir jedoch das Zinkblech mit dem Kupferblech berühren, beginnt eine deutliche Gasbildung - bemerkenswerterweise am Kupfer.
Das Kupfer zieht bei Kontakt als Metall mit größerer Elektronegativität Elektronen aus dem Zink zu sich herüber und nutzt diese zum Entladen der Wasserstoff-Ionen. Gleichzeitig zersetzt sich das Zink. Kupfer katalysiert also die Redoxreaktion zwischen Zink und Wasserstoff-Ionen.

Eine solche Anordnung nennt man auch Lokalelement.

3 Vom Lokalelement zum galvanischen Element
Wenn Elektronen über den Kurzschluss zwischen den Metallen des Lokalelements fließen, sollten diese auch über einen äußeren, metallischen Leiter, der das Zink- und das Kupferblech miteinander verbindet, fließen und dabei Arbeit leisten können.
Wir verbinden die beiden Bleche mit Hilfe der Krokodilklemmen mit einem Kabel und halten sie in die Schwefelsäure. Obwohl sich die Bleche nicht direkt berühren, beobachten wir wieder die Gasentwicklung am Kupferblech.

Wir schalten ein Multimeter zwischen die Elektroden; die Spannung beträgt etwa 1 Volt. Ein kleiner Elektromotor läuft.

Ein leitend geöffnetes Lokalelement ist also ein galvanisches Element. Im speziellen Fall haben wir es mit dem Volta-Element zu tun.

Wir betrachten die formale Ähnlichkeit zwischen den beiden o. a. Reaktionsgleichungen und erkennen, dass es sich bei der ersten Gleichung um die Beschreibung des Daniell-Elements handelt.

Hintergründe zum Experiment