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Über­span­nun­gen sicht­bar ma­chen

In­fo­box

Diese Seite ist Teil einer Ma­te­ria­li­en­samm­lung zum Bil­dungs­plan 2004: Grund­la­gen der Kom­pe­tenz­ori­en­tie­rung. Bitte be­ach­ten Sie, dass der Bil­dungs­plan fort­ge­schrie­ben wurde.

Hin­weis

Es wird dar­auf hin­ge­wie­sen, dass für jedes Ex­pe­ri­ment ent­spre­chend der ei­ge­nen Durch­füh­rung vor der erst­ma­li­gen Auf­nah­me der Tä­tig­keit eine Ge­fähr­dungs­be­ur­tei­lung durch­ge­führt und do­ku­men­tiert wer­den muss. Jede fach­kun­di­ge Nut­ze­rin/jeder fach­kun­di­ge Nut­zer muss die auf­ge­führ­ten In­hal­te ei­gen­ver­ant­wort­lich prü­fen und an die tat­säch­li­chen Ge­ge­ben­hei­ten an­pas­sen.

Weder die Re­dak­ti­on des Leh­rer­fort­bil­dungs­ser­vers noch die Au­to­rin­nen und Au­to­ren der ver­öf­fent­lich­ten Ex­pe­ri­men­te über­neh­men jeg­li­che Haf­tung für di­rek­te oder in­di­rek­te Schä­den, die durch ex­ak­ten, ver­än­der­ten oder feh­ler­haf­ten Nach­bau und/oder Durch­füh­rung der Ex­pe­ri­men­te ent­ste­hen. Wei­ter­füh­ren­de In­for­ma­tio­nen er­hal­ten Sie unter www.​gef​ahrs​toff​e-​schu­le-​bw.​de

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INFO

Sind Elek­tro­den­re­ak­tio­nen – be­son­ders bei der Ent­ste­hung von Gasen – mit hohen Ak­ti­vie­rungs­en­er­gi­en ver­bun­den, so ist die tat­säch­li­che Zer­set­zungs­span­nung höher als die be­rech­ne­te. Man spricht vom Auf­tre­ten einer Über­span­nung. Die Größe der Über­span­nung hängt u.a. vom Elek­tro­den­ma­te­ri­al und vom ab­ge­schie­de­nen Gas ab. Dies kann hier in zwei Ver­su­chen ge­zeigt wer­den.


Ma­te­ria­li­en
  • Ka­li­um­hy­droxid-Lö­sung
    (c = 2 mol ∙ L -1 )
  • Pla­tinelek­tro­de
  • versch. Me­tall­dräh­te,
    je 50 cm, z.B. Fe, Sn, Cu, Ag,

(hier: d = 1 mm)

  • Gra­phi­t­e­lek­tro­de
  • Pe­tri­scha­le (Glas, d = 9 cm)
  • Sta­tiv mit Muffe + Klem­me
  • brei­ter Gum­mi­ring – z.B. Ein­weck­gum­mi – straff um die
    Pe­tri­scha­le pas­send
  • Gleich­span­nungs­quel­le (in klei­nen Schrit­ten (50 mV) re­gel­bar)
  • Kro­ko­dil­klem­men
  • Kabel
  • Strick­na­del o.ä.
  • ggf. Volt­me­ter
  • Over­head-Pro­jek­tor (OHP)
Massstab Ver­suchs­auf­bau
  • Prä­pa­ra­ti­on der Pe­tri­scha­le
    • Kni­cken Sie jeden Me­tall­draht so um, dass er über 20 cm dop­pelt liegt.
    • Bie­gen Sie ihn dann so, dass er nach einer ca. 3-4 cm lan­gen Schlin­ge, die spä­ter auf dem Pe­tri­scha­len­bo­den zu lie­gen kommt, den Rand der Pe­tri­scha­le un­ge­fähr nach­formt und dar­über hin­weg ver­läuft. Ach­ten Sie dabei aber dar­auf, dass der Draht nicht zu nahe am Pe­tri­scha­len­rand ver­läuft, da hier sonst spä­ter Lö­sung aus der Scha­le ge­so­gen wird.
    • Gummiring Petrischale Win­den Sie das kür­ze­re Ende des Drah­tes um das län­ge­re Ende.
    •  Span­nen Sie den Gum­mi­ring um die Pe­tri­scha­le, die La­sche soll dabei nach oben zei­gen.
    • Schie­ben Sie die Me­tall­dräh­te zwi­schen Gum­mi­ring und Pe­tri­scha­le durch – voran das lange, teils ver­drill­te Ende. Dabei kön­nen Sie ein fes­tes Draht­stück oder eine Strick­na­del zur Hilfe neh­men, um den Gum­mi­ring am ein­fachs­ten an der Stel­le, an der sich die La­sche be­fin­det, von der Pe­tri­scha­le ab­zu­zie­hen.
      Die Draht­stü­cke sol­len nun durch den Gum­mi­ring fest­ge­hal­ten wer­den und die Schlin­gen plan am Pe­tri­scha­len­bo­den auf­lie­gen.
    • Elektroden Bie­gen Sie alle Dräh­te zu­erst nach oben und dann im rech­ten Win­kel nach links bzw. rechts, so dass sie alle zu­sam­men mit einer Kro­ko­dil­klem­me ver­bun­den wer­den kön­nen.
    • Graphitelektrode Um­wi­ckeln Sie ein ca. 5-6 cm lan­ges Stück einer Gra­phi­t­e­lek­tro­de mit Kup­fer­draht. Schlin­gen Sie mehr­mals zwei Gum­mi­rin­ge im Ab­stand von ca. 1 cm darum.
  • Be­fes­ti­gen Sie die Pla­tinelek­tro­de mit Muffe und Klem­me am Sta­tiv und sen­ken Sie diese so weit ab, dass sie den Pe­tri­scha­len­bo­den be­rührt.
  • Versuchsaufbau Legen Sie die Gra­phi­t­e­lek­tro­de schräg in die Pe­tri­scha­le. Bie­gen Sie das freie Ende des Kup­fer­drah­tes so, dass die Gra­phi­t­e­lek­tro­de wäh­rend des Ver­suchs sta­bil über dem Pe­tri­scha­len­rand liegt (den glei­chen Zweck er­fül­len die Gum­mi­rin­ge).
  • Ver­bin­den Sie den Kup­fer­draht der Gra­phi­t­e­lek­tro­de und alle Me­tall­dräh­te mit­tels Ka­beln zu­erst mit­ein­an­der und dann mit der Span­nungs­quel­le. Ver­bin­den Sie diese mit dem Mi­nus­pol, wenn Was­ser­stoff ab­ge­schie­den wer­den soll, mit dem Plus­pol, wenn Sau­er­stoff ab­ge­schie­den wer­den soll.
  • Schlie­ßen Sie den Strom­kreis über die Pla­tinelek­tro­de.
  • Schlie­ßen Sie ggf. ein Volt­me­ter an.
Ver­suchs­durch­füh­rung
  • Stel­len Sie die Pe­tri­scha­le auf den OHP und fül­len Sie Ka­li­lau­ge in die Pe­tri­scha­le.
  • Er­hö­hen Sie die Span­nung lang­sam und be­ob­ach­ten Sie dabei fort­lau­fend die Me­tall­dräh­te und die Gra­phi­t­e­lek­tro­de auf ein­set­zen­de Gas­bil­dung.
Ver­suchs­be­ob­ach­tung
  • Die Gas­ab­schei­dung er­folgt bei un­ter­schied­li­chen Span­nun­gen und je nach ab­ge­schie­de­nem Gas in an­de­rer Rei­hen­fol­ge.
  • Bei der Ab­schei­dung von Sau­er­stoff ist an der Sil­ber­elek­tro­de die so­for­ti­ge Re­ak­ti­on von Sau­er­stoff mit Sil­ber unter Bil­dung von schwar­zem Sil­ber­oxid zu sehen. Diese Re­ak­ti­on kann durch Um­po­lung (am ein­fachs­ten an der Span­nungs­quel­le) um­ge­kehrt wer­den.

Quel­le:


1 [1] L. Wille, A. Witt, A. Flint: Über­span­nung sicht­bar ge­macht. CHEM­KON 2011, 18 , Nr. 1, 7-13

Über­span­nun­gen sicht­bar ma­chen: Her­un­ter­la­den [doc] [1,3 MB]

Über­span­nun­gen sicht­bar ma­chen: Her­un­ter­la­den [pdf] [379 KB]