5 Übersicht über die Unterrichtseinheit

Zu Beginn dieser Unterrichtseinheit über "elektrochemische Energiequellen" werden zunächst Rostschutzmaßnahmen thematisiert. Das mag erstaunlich klingen, doch dieses Vorhaben bietet einen guten Einstieg in die Thematik, denn hinter dem Schutz vor Korrosion stecken letztlich elektrochemische Abläufe.
Neben dem Rostschutz durch das Verwenden von Rostlösern, das Einfetten und Lackieren von metallischen Gegenständen, gibt es auch einen Rostschutz, bei dem ein metallischer Gegenstand durch das Gegenschalten eines unedleren Metalls vor dem Verrosten geschützt wird.
Zur Verdeutlichung dieses Phänomens bietet sich der Versuch "Der nicht rostenden Eisennagel" an. Hierbei wird ein Eisennagel in ein erstes Becherglas mit Salzwasser gestellt. Der Nagel beginnt hier rasch zu rosten. In einem zweiten Becherglas mit Salzwasser werden ein Eisennagel und ein Bleistiftanspitzer aus Magnesium mit einem Kabel verbunden. In diesem zweiten Becherglas ist auch nach mehreren Wochen kein Rostansatz am Nagel zu erkennen.
Um die Erklärung dieses Phänomens verstehen zu können, muss zunächst der einfache Stromkreis thematisiert werden. Hierbei wird die Spannung einer 4,5 Volt-Batterie gemessen und mit dieser Spannung dann ein Elektromotor zum Laufen gebracht.
Nun kann der zweite Teil des Versuchs "Der nicht rostenden Eisennagel" durchgeführt werden. An dieser Stelle werden der Eisennagel und der Magnesiumbleistiftanspitzer aus dem zweiten Becherglas durch Kabel zunächst mit einem Spannungsmessgerät und daraufhin mit einem Elektromotor verbunden. Zwischen den beiden verschiedenen Metallen in Salzwasser fließt Strom, so dass der Motor angetrieben wird. Die Kinder erkennen hier eine Analogie zum Betrieb des Elektromotors mit einer handelsüblichen Batterie. Es handelt sich bei der Versuchsanordnung des nicht rostenden Eisennagels um ein galvanisches Element, das auch die Grundlage für die Funktion einer Batterie darstellt.
Der Eisennagel ist somit vor dem Verrosten geschützt. Doch der Bleistiftanspitzer aus Magnesium löst sich langsam auf. Er "opfert" sich für das Eisen. Daher nennt man diesen Rostschutz Opferanode.
Es gestaltet sich ein guter Alltagsbezug für die Kinder, denn diese Opferanoden sind im Alltag häufig zu finden. Sie schützen Heizkessel, Rohrleitungen und Schiffsrümpfe vor dem Verrosten. Sie müssen aber hin und wieder ausgetauscht werden, da sie langsam abgebaut werden.
Doch es kann nicht nur aus zwei verschiedenen Metallen in Salzwasser eine Batterie hergestellt werden, sondern auch aus zwei verschiedenen Metallen in einer Frucht, indem ein Kupferstab und ein Magnesiumbleistiftanspitzer zum Beispiel in eine Zitrone gesteckt und diese Metalle durch Kabel mit einem Spannungsmessgerät und einem Motor verbunden werden.
Die elektrische Spannung zwischen zwei verschiedenen Metallen in einer einzelnen Zitrone ist jedoch zu gering, um einen Elektromotor zu betreiben. Daher sollen nun verschiedene Zusammenschaltungen der einzelnen "Zitronenbatterien" ausprobiert werden.
Bei der Reihenschaltung der "Zitronenbatterien" werden jeweils ungleiche Pole (jeweils Bleistiftanspitzer mit Kupferstab) der einzelnen Zitronen verbunden. So kann die elektrische Spannung erhöht werden. Auf diese Weise können viele Zitronen in Reihe geschaltet und versucht werden, hiermit einen Elektromotor anzutreiben.
Läuft der Elektromotor immer noch nicht, kann eine weitere Schaltung, die Parallelschaltung, ausprobiert werden. Bei dieser Parallelschaltung werden jeweils gleiche Pole der einzelnen "Zitronenbatterien" (Kupfer mit Kupfer und Bleistiftanspitzer mit Bleistiftanspitzer) mit Kabeln verbunden. Mit mehreren auf diese Weise verbundenen Zitronen sollte der Elektromotor zum Laufen gebracht werden können.

Es lassen sich auf vielfältige Weise Batterien herstellen, doch selbst gebaute Batterien aus Früchten sind für den täglichen Gebrauch in elektrischen Geräten ungeeignet, denn sie können auslaufen, verfaulen oder eintrocknen. Daher werden nun die handelsüblichen Batterien thematisiert.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus einer handelsüblichen Batterie wird eine Trockenbatterie selbst hergestellt. Durch eine Mischung aus Salmiaksalz, Braunstein und Wasser in einem Teelichtbecher aus Aluminium, in den ein Graphitstab gehalten und dieser durch Kabel mit einem Elektromotor und dem Becherrand verbunden wird, kann ebenfalls ein Elektromotor betrieben werden.
Daraufhin wird der Querschnitt einer Zink- Kohle- Batterie betrachtet und mit dem Aufbau der selbst gebauten Trockenbatterie verglichen. Hier sind ähnliche Bestandteile wie in der selbst gebauten Trockenbatterie zu finden und es laufen ähnliche chemische Prozesse bei der Stromerzeugung ab.
Sind diese chemischen Prozesse endgültig abgelaufen, hört die Stromerzeugung auf und lässt sich auch nicht mehr in Gang setzten. Doch es gibt auch Batterietypen, bei denen die Strom erzeugenden Prozesse rückgängig gemacht werden können. Dies ist bei Akkumulatoren der Fall, die ebenfalls thematisiert werden sollen.
Die handelsübliche Batterie hat im Vergleich zur selbst gebauten Trockenbatterie noch einen Stahlmantel und eine Isolationsschicht. Somit wird die Batterie vor dem Auslaufen geschützt.
Denn in Batterien befinden sich ätzende Laugen, Säuren und giftige Schwermetalle, die eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Auch dieser Aspekt von Batterien muss betont werden. Daher wird zum Schluss dieser Unterrichtseinheit ein gefahrloser Umgang mit Batterien thematisiert, indem einige Sicherheitshinweise aufgestellt werden, die auch auf Batterien zu finden sind.
In diesem Zusammenhang wird auch auf einen energiesparenden Umgang mit Batterien eingegangen und abschließend die Entsorgung von Batterien behandelt. Denn verbrauchte Batterien dürfen nicht mit dem normalen Haushaltsmüll entsorgt werden, sondern müssen an Rücknahmestellen für Altbatterien zurückgegeben werden. Am Ende der Unterrichtseinheit erhält jeder Schüler daher einen kleinen Entsorgungskarton für verbrauchte Batterien.


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Letzte Überarbeitung: 20. Dezember 2004, Dagmar Wiechoczek