Eine der ersten historischen Batterien

Schauen wir uns an einem historischen Ort um

Bilder zum Kontext.

Weißt Du, was eine Telegramm ist? Man konnte es „versenden“. Die Telegrafie war „das Handy“ des 19. Jahrhunderts. Es ist ein Kunstwort aus den altgriechischen Begriffen für „fern“ und „schreiben“.

Mit Hilfe des „Morse-Codes“ aus Buchstaben und Zahlen konnte man Informationen durch Leitungen schicken konnte.

Die elektrische Impulse verbreiteten sich rasender Geschwindigkeit durch elektrische Leiter, wurden aber schwächer, je länger der Leiter wurde. Daher brauchte man in gewissen Abständen Telegrafen-Stationen.

Und in jeder Telegrafen-Station stand eine zuverlässige Batterie! Solche Telegrafen-Stationen baute man in England übrigens entlang des entwickelnden Eisenbahn-Netzes. Das war einfach praktisch.

Der englische Chemiker und Physiker John Frederic Daniell entwickelte 1836 das nach ihm benannte Daniell-Element.¹ Er suchte nach einer zuverlässigeren Stromquelle als die damals verbreitete Voltasche Säule, deren Spannung schnell nachließ.²

Das Daniell-Element bestand aus einer sogenannten Zink- und einer Kupfer-Halbzelle, die durch ein poröses Tongefäß voneinander getrennt waren. Mit ihr konnte über längere Zeit ein vergleichsweise konstanter elektrischer Strom erzeugt werden.³

Aufgaben

Schau dir genau das sogenannte Daniell-Element in M1 an. Beschreibe, was du siehst.
W = wire (Draht), Z = zinc electrode (Zinkelektrode), P = porous pot (poröser Tontopf), C = copper electrode (Kupferelektrode). Erkläre anhand der Schnittdarstellung in Galerie 1, was Daniell beim Bau der Batterie gemacht hat!
Erstelle einen Nachbau des Daniell-Elements genau nach der Anleitung in V1. Überlege dir beim Aufbau, welchen Zweck jeder Gegenstand/Stoff hat und welchen Sinn die Anordnung ergibt. Beginne ein Protokoll per Bildschirmfoto und notiere darin alle Beobachtungen.
Erstelle eine Schemazeichung

Nachbau eines Daniell-Elements

Materialien

Filterpapier
- zugeschnitten & angefeuchtet
Zellblock
Spannungsmessgerät
- Multimeter

Chemikalien

Kupfer-Blech
Zink-Blech
Kupfersulfat-Lösung 0,1 mol/L
Zinksulfat-Lösung 0,1 mol/L

Aufbau

Experimenteller Aufbau.

Hinweis

Wir bauen einmal das Daniell-Element nach. Die räumliche Trennung von Oxidation und Reduktion erreichen wir, indem wir zum einen Kupfer in Kupfersulfat-Lösung stellen und zum anderen Zink in eine Zinksulfat-Lösung.
Diese so genannten Halbzellen stellen wir aber dann nicht ineinander (obwohl das effektiv wäre), sondern der Einfachheit halber nebeneinander. Statt des porösen Steinguts nutzen wir ein Filterpapier.

Durchführung

Zellblock-Hälften voneinander lösen.
2 Filterpapiere zurecht schneiden. Sie müssen doppellagig muss die beiden Löcher des Zellblockes überdecken.
Filterpapiere anfeuchten und zwischen die Zellblock-Hälften legen. Diese wieder zusammenschrauben.
In eine Halbzelle bis zur inneren Markierung Kupfersulfat-Lösung geben. In die gegenüberliegende Halbzelle Zinksulfat-Lösung bis zur Markierung geben.
In die Kupfersulfat-Lösung ein abgeschmirgeltes Kupfer-Blech stellen.
In die Zinksulfat-Lösung ein abgeschmirgeltes Zink-Blech stellen.
Mit Hilfe eines Multimeters die elektrische Spannung zwischen den beiden Halbzellen in Volt messen.
Prüfen, ob sich ein Motor betreiben lässt.

Entsorgen und Aufräumen

Die Flüssigkeiten mit Hilfe der Tropfflaschen aufsaugen. Überschüssige Lösungen in den Entsorgungsbehälter für Schwermetalle geben.
Alle verunreinigten Labormaterialien spülen.
Alle Materialien an ihren Ursprungsort zurückstellen.

Warum so und nicht anders?

Gehe in M2 Gedankenexperiment für Gedankenexperiment durch und erkläre damit in M3 die komplette Sinnhaftigkeit des Aufbaus.
Herausforderung: könnte man im Daniell-Element die Kupferelektrode durch ein unedleres Elektrodenmaterial (z. B. Eisen) oder ein edleres Elektrodenmaterial (z. B. Gold) ersetzen? Falls ja – warum tut man das nicht?

Was wäre wenn ...?

Gedankenexperiment 1

Was würde passieren, wenn man die beiden unterschiedlichen Metall-Bleche lediglich in ein Becherglas mit Wasser stellt?

Gedankenexperiment 1.⁴

Gedankenexperiment 2

Was würde passieren, wenn man beide Metallsalz-Lösungen einfach in ein Becherglas geben würde?

Gedankenexperiment 2.⁴

Gedankenexperiment 3

Warum reicht es nicht, die Orte der Oxidation und Reduktion einfach voneinander zu trennen?

Gedankenexperiment 3.⁵

Schritt für Schritt zur Batterie

Schrittweise Entwicklung unserer Batterie⁶

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