2061
F1: Im Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe bin ich mit meinem Kurs bei der Behandlung der Silberoxid-Zink-Knopfzelle auf folgende Frage gestoßen: Wieso beträgt die Spannung dieser Batterie ca. 1,5 V?

Im ersten Anlauf kamen wir mit den Standard-Potentialen zu dem Ergebnis:

E° (Ag/Ag⁺) = 0,8 V

E° (Zn/Zn²⁺) = -0,76 V

Δ E° = 1,56 V

Uns stellt sich nun aber die Frage, warum man nicht das Potential für die Reaktion

Ag₂O + H₂O + 2 e^- ——> 2 Ag + 2 OH^-

verwenden muss. Dieses beträgt nur 0,34 V. Damit würde man eine Spannung von nur 1,1 V erhalten.

A1: Silberoxid bzw. -hydroxid, das sich in Kalilauge (a_OH = 1 mol/l) befindet, hat (wie Sie schreiben) das Standardpotential +0,34 V.
Für das Zink haben Sie jedoch mit dem Wert -0,76 V fälschlicherweise das Standardpotential in saurer Lösung (a_H3O = 1 mol/l) genommen. Richtig ist für Zink im Alkalischen E° = -1,285 V.
Die Differenz fürs Gesamtpotential der Batterie beträgt dann erwartungsgemäß etwa 1,5 V.

F2: Wo kann man solche Informationen nachlesen? In den Schulbüchern sind die Informationen zu den Batterien meist nur sehr knapp.

A2: Tabellen gibt es in verschiedenen Lehrbüchern und Tabellenwerken. Man muss aber aufpassen, was die Randbedingungen angeht. Ein gutes Lehrbuch hierzu:

A. F. Holleman, E. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter, Berlin, New York.

Leider wird es nicht mehr aufgelegt. Vielleicht hat Ihr Lehrer noch ein Exemplar, dass er Ihnen ausleihen kann.

2062
F: Ich bin mir nicht sicher, wie ich via Ihrer sehr schöne und informative Webseite http://www.chemieunterricht.de/dc2/fragen/ eine Frage stellen kann. Deswegen emaile ich Sie direkt an. Hier meine Frage:

Kann man Aluminium durch (Schmelz)Elektrolyse von Aluminiumiodid auf einer Kupferelektrode abscheiden, und wenn ja, bei welcher Temperatur, Spannung und Strom?
Gibt es evtl. ein einfacheres Verfahren um Aluminium auf eine Kupferoberfläche abzuscheiden?
Ich möchte gerne die raue Kupferoberflächenstruktur beibehalten und durch Aluminiumabscheidung eine sozusagen identische Aluminiumoberfläche herstellen.

A: Leider sind mir keine Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Al auf Cu bekannt. Vor allem dürfte das gleichzeitig entstehende Iod stören. Hinzu kommt die Notwendigkeit, Luft auszuschließen.

Normalerweise wird Al auf Fremdoberflächen durch Verdampfen unter Schutzgas (wie Argon) aufgebracht - wie z. B. auf Glas, Kunststoff oder Metall. Da diese silbrig schimmernden Schichten sehr dünn sind, haben Sie auch die Möglichkeit, Oberflächenstrukturen zu erhalten.

2063
F: Ich hätte eine Frage zum Ammoniakmolekül: Wie viele H-Brücken kann ein Ammoniakmolekül zu einem anderen Ammoniakmolekül ausbilden? Ich kenne es nur so, dass eine H-Brücke ausgebildet wird, deshalb auch der geringere Siedepunkt von Ammoniak im Vergleich zu Wasser. Aber warum kann nicht jedes der 3 H-Atome des Ammoniakmoleküls zu jeweils weiteren Ammoniakmolekülen eine H-Brücke ausbilden? Oder wäre das sogar möglich, nur fehlen als "Gegenstück" die freien Elektronenpaare, weil im Verhältnis nicht genügend Stickstoffatome vorhanden sind?

A: Der Siedepunkt von Wasser liegt bei 100 °C, der von Ammoniak bei -33,4 °C. Für den Unterschied gibt es verschiedene Gründe:

Es mangelt bei drei H-Atomen eher als bei zwei H-Atomen an „Andockplätzen“, also an freien Orbitalen. Das verdeutlicht das Verhältnis von H zu O bzw. N:

H₂O     2 : 1 oder 1 : 0,5

NH₃     3 : 1 oder 1 : 0,3

Die Orbitale sind sp³-hybridisiert. Es treten sterische Probleme auf, wenn sich drei H-Atome um die sp³-Orbitale „bewerben“.

Das gilt auch für das vierte, nichtbindende Orbital. Während die Anlagerung eines Protons bekanntlich problemlos gelingt, kann das Andocken eines anderen voluminösen NH₃-Moleküls über eine H-Brücke nur schwer erfolgen. Beim Wasser ist das eher möglich, da das Molekül über zwei nichtbindende Orbitale verfügt.

2064
F1: Ich bin Schüler der Klasse 7 am Helmholtz-Gymnasium in …. Weil es ganz neu und aktuell in der Fußball-WM 2014 vorkommt, wollte ich wissen, wie das Freistoßspray funktioniert. Es wird auf den Rasen aufgesprüht, ist weiß und nach einer kurzen Zeit ist es farblos oder verschwunden. Was ist das für ein Stoff? Im Internet gibt es noch nichts dazu zu finden. Ich möchte gerne wissen was das für eine Chemikalie ist und wie das Verschwinden der Farbe funktioniert.
Meine Chemie-Lehrerin konnte mir nicht weiterhelfen. Deshalb wende ich mich nun an einen Professor. Können Sie mir helfen?

A1: Es handelt sich tatsächlich nur um eine Art Rasierschaum, der nach kurzer Zeit in sich zusammenfällt. Du kannst dass mit Vaters Rasierschaum nachprüfen. Die Bestandteile sollen sogar biologisch abbaubar sein.

F2: Vielen Dank für Ihre schnelle Antwort. Damit handelt es sich es sich ja mehr um eine physikalische, als eine chemische Reaktion.
Viele Grüße und eine schöne WM

2065
F: Ich bin Ing. für Elektrotechnik, und als naturwissenschaftlich interessierter Mensch finde ich ihre Webseite ganz wunderbar, ein großes Lob. Ich hatte Chemie in der Oberstufe und bin ein bisschen aus der Übung...

Seit vielen Jahren stelle ich Platinen, also gedruckte elektronische Schaltungen für meinen Eigenbedarf selbst her. Falls Ihnen das Verfahren nicht geläufig ist: das Ausgangsmaterial ist eine mit Kupfer beschichtete Epoxy-Platte mit Fotolack. Der Fotolack wird mit UV belichtet und mit NaOH "wegentwickelt", anschließend wird das freiliegende Kupfer weggeätzt. Diese Platinen haben oft eine Größe von 160 x 100 mm, mit 35 µm Kupferschicht.

Viele verwenden zum Ätzen Eisen-(III)-chlorid, das ist aber in der Handhabung und im Ergebnis nicht so toll. Manche nehmen Ammoniumpersulfat u. v. a. m.

Ich verwende eine Lösung aus ca. 200 ml Wasser, 200 ml Salzsäure/HCl (ca. 30-33%) und ca. 50 ml Wasserstoffperoxyd/H₂O₂ (ca. 30-35%). Die Chemikalien bekomme ich in einer regionalen Drogerie (eine echte Drogerie, gibt´s hier noch) und die Entsorgung ist auch geregelt.

Meine Frage ist nun: Ich möchte möglichst wenig Ätzlösung ansetzen, um möglichst wenig entsorgen zu müssen. Auf der Platine ist eine Kupfermenge von ca. 5 g - also ca. 0.8 mol, wenn ich das richtig gerechnet habe - wie müsste ich eine Reaktionsgleichung ansetzen, um mir auszurechnen, welche "Zutaten" ich in welcher Menge benötige?

A: Das kann man nicht so genau ausrechnen, da die Reaktion nicht besonders sauber abläuft. Vor allem entsteht dabei viel Sauerstoff, der einfach „verpufft“.

Außerdem ist die Reaktionsmischung nicht stabil, da sie sich selbst zersetzt.

Ich würde es bei dem Procedere, das Sie bislang zu Ihrer Zufriedenheit genutzt haben, bleiben. Allerdings würde ich immer nur soviel Lösung wie nach Augenschein nötig mischen. Vielleicht müssen Sie deshalb während der Arbeit, falls die Menge nicht ausreichen sollte, etwas neue Mischung herstellen.

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