richtig stecken, die Spannung messen, einen Verbraucher anschließen und dabei die Stromstärke messen können. Sie benötigen zur Versuchsdurchführung Stativmaterial, ein Urohr mit Fritte, eine Kupfer und eine Zink-Elektrode, Kabelmaterial, einen Verbraucher, in diesem Fall ist dies ein Elektromotor mit Propeller, ein bzw. später auch zwei Multimeter oder ein Voltmeter und ein

Ampermeter, sowie eine einmollare Kupfersulfat-Lösung und eine einmollare Zink-Sulfat-Lösung. Wenn Sie unsicher sind, wie man solche Lösungen im Labor ansetzt, so können Sie sich unser Video zum Ansetzen von Lösungen anschauen. Zuerst wird das Urohr mit Fritte mithilfe von Klemme und Muffe am Stativ befestigt.

Für einen sicheren Stand des Statives ist es wichtig, dass der Fuß des Statives in die Richtung zeigt, in der auch das Urohr am Stativ befestigt wird. Als nächstes wird auf der einen Seite die Kupfersulfat und auf der anderen Seite die Zink-Sulfat-Lösung eingefüllt. Wichtig ist hierbei, dass diese zeitgleich eingefüllt werden, denn die Fritte im

Urohr ist eine durchlässige Membran. Wenn Sie erst die eine Lösung einfüllen und später erst die zweite, kann die zuerst eingefüllte Lösung durch die Fritte hindurch diffundieren und auf die zweite Seite rüber laufen. Als Resultat hätten Sie dann auf der zweiten Seite des Urohrs ein Gemisch

aus beiden Lösungen. Ihre gemessenen Messwerte könnten dann beispielsweise von den zu erwartenden Werten abweichen. Nun wird die Zink-Elektrode auf der Seite mit der Zink-Sulfat-Lösung hier in den rechten Schenkel des Urohrs gegeben und die Kupferelektrode wird auf der Seite mit der Kupfersulfat-Lösung hier in den linken

Schenkel des Urohrs gesteckt. Als nächstes wird das Multimeter bereitgestellt. Sie können auch ein Voltmeter verwenden. Bei Verwendung eines Multimeters ist es wichtig, dass Sie die Kabel in die richtigen Buchsen stecken. In diesem Fall soll die Spannung in Volt gemessen werden. Daher muss das Kabel in die entsprechende Buchse, die mit einem V für Volt gekennzeichnet ist, gesteckt werden.

Diese Buchse stellt den Pluspol dar. Das andere Kabel wird in den Minuspol des Multimeters gesteckt. Die Kabel sind übrigens identisch, auch wenn sie unterschiedlich farbig sind. Die unterschiedliche Farbigkeit kann zum Teil helfen nachzuverfolgen, welches Kabel wohin führt. Anschließend wird mit Hilfe des Drehschalters eingestellt, welche Größe gemessen

werden soll. In diesem Fall stellen wir den Schalter auf 20 Volt ein und schalten das Multimeter ein. Nun werden die Kabel mit den Elektroden verbunden. Wenn Sie die Kabel vertauschen, wie hier im Video zu sehen, zeigt Ihnen das Messgerät eine negative Spannung an. Dies können Sie einfach beheben, indem Sie die Kabel in die jeweils andere Elektrode

stecken. Das Kabel von Pluspol des Multimeters muss also in die Kupferelektrode gesteckt, das Kabel von Minuspol des Multimeters in die Zinkelektrode gesteckt werden. Wir können nun einen Wert für die Ruheklemmspannung von 1,0 9 Volt ablesen. Die Ruheklemmspannung ist

die stromlos gemessene Klemmspannung einer galvanischen Zelle. Früher wurde diese auch elektromotorische Kraft genannt. In Formeln wird diese als Delta E bezeichnet. Der ideale Literaturwert wäre 1,1 Volt. Man kann diesen Wert berechnen, indem man die Differenz der beiden Halbzählenpotenziale nach Delta E ist gleich E der Kathode minus E

der Annode berechnet. Unter Standardbedingungen wie in diesem Experiment, also bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius, einer Konzentration von 1 mol pro Liter für die Metallsalzlösung und einem Druck von einer Atmosphäre, entspricht das Halbzählenpotenzial dem

Standardpotenzial und kann einfach eingesetzt werden. Nun müssen wir jedoch wissen, welche Halbzähle die Kathode und welche die Annode bildet. An der Kathode findet die Reduktionsreaktion statt, an der Annode die Oxidationsreaktion. In diesem Fall werden an der Oberfläche der Zink-Elektrode

Zinkatome zu Zink-Ionen oxidiert. Die Zink-Ionen gehen dabei in die Lösung. Die Elektronen verbleiben in der Elektrode und wandern zur Kathode. Dort werden Kupfer-Ionen, durch die bei der Oxidation frei werden den Elektronen aus der Kupfersulfatlösung zu elementarem Kupfer reduziert. Zum Ladungsausgleich wandern Ionen durch die semipermeable

Membran, die Fritte. Ein kleiner didaktischer Hinweis zu der Animation. In der dargestellten Animation sind der Übersichtlichkeit halber die Elektroden nicht auf Teilchenebene dargestellt. Es kommt daher allerdings innerhalb der Darstellung zur Vermischung der Teilchenebene und der makroskopischen Ebene. Solche Vermischung

sollten möglichst vermieden und nur nach entsprechender Abwägung vorgenommen werden. In diesem Fall wurde die Übersichtlichkeit als wichtigeres Kriterium vorgezogen. Kommen wir nun zurück zur Berechnung von Delta E. Wir wissen nun, dass Zinkatome oxidiert und Kupfer-Ionen reduziert werden. Daher bildet

die linke Seite des Urores mit der Kupfersulfatlösung, in der die Reduktionsreaktion stattfindet, die Kathode und die rechte Seite des Urores mit der Zink-Elektrode, an der die Oxidationsreaktion abläuft, bildet die Anode. In die Gleichung Delta E ist gleich E-Kathode minus E-Anode, setzen wir nun

für die Kathode den Wert für das Normalpotential der Kupferhalbzelle ein, welches plus 0,34 Volt beträgt und für die Anode den Wert für das Normalpotential der Zinkhalbzelle, welcher minus 0,76 Volt beträgt. Wir erhalten also Delta E ist gleich 0,34 Volt minus minus 0,76 Volt ist

gleich 1,1 Volt. Unser im Video gemessener Wert von 1,09 Volt entspricht also nahezu dem zu erwartenden Wert. Wenn Sie Ihren SchülerInnen nur verdeutlichen möchten, dass im Danielle-Element Redoxreaktionen ablaufen und

ein Elektronenfuß stattfindet, können Sie die Spannung mit einem Multimeter messen und bzw. oder zur besseren Visualisierung das Multimeter durch einen Verbraucher austauschen. Sie sehen dies hier im Video. Nun wird es etwas komplexer. Als Nächstes wollen wir an

unserem ursprünglichen Versuchsaufbau des Danielle-Elements mit einem Multimeter zur Messung der Spannung zusätzlich einen Verbraucher anschließen und die Stromstärke messen. Wir benötigen daher weiteres Kabelmaterial, ein zweites Multimeter oder ein Ampermeter und einen Verbraucher, in diesem Fall ist es ein Elektromotor mit Propeller.

Das Multimeter ist bereits auf die zu messende Größe Milliamper eingestellt. Nun wird ein Kabel in den Minuspol des Multimeters gesteckt und mit der Zink-Elektrode verbunden. Anschließend wird ein weiteres Kabel in die Buchse des Multimeters gesteckt, welches mit Ma für Milliamper gekennzeichnet ist. Dieses Kabel wird mit dem

Verbraucher verbunden, denn zur Messung der Stromstärke muss das Messgerät in Reihe geschaltet sein. Nun wird der Stromkreis geschlossen, in dem ein weiteres Kabel vom Verbraucher zur Kupfer-Elektrode führt. Der Verbraucher ist nun parallel geschaltet. Beim Verbraucher ist es übrigens egal, welches

Kabel in welche Buchse gesteckt wird. Wichtig ist nur, dass ein Kabel in den Plus und eines in den Minuspol führt, also einmal eine rote und einmal in eine schwarz gekennzeichnete Buchse verwendet wird. Ob das Kabel vom Multimeter oder das Kabel von der Kupfer-Elektrode in die rote oder schwarze Buchse führt, ist dabei egal. Wir

können nun sehen, wie sich der Motor lebhaft dreht. Die Spannung unter Belastung beträgt zwischen 0,65 und 0,7 Volt und die Stromstärke beträgt zwischen 2,3 und 2,7 Milliamper. Sie sehen hier noch einmal eine übersichtlichere schematische Zeichnung des Versuchsaufbaus.

Dieser kann selbstverständlich auch für andere elektrochemische Zellen übernommen werden. In der Zeichnung können Sie noch einmal sehen, dass der Verbraucher und das Multimeter zur Messung der Spannung jeweils parallel geschaltet sind, während das Multimeter zur Messung der Stromstärke in Reihe zum Verbraucher geschaltet ist. Wir sind nun am

Ende dieses Lehrvideos angelangt und wünschen Ihnen viel Freude bei Ihren Experimenten mit elektrochemischen Zellen.