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Die elektrochemischen Reihen
Wie nennt man eine Liste von Metallen, die nach ihren Edelmetallcharakteren geordnet ist?
Eine Batterie bringt Elektronen dazu, sich durch einen Draht zu bewegen. Sie ist eine elektrische Stromquelle. Die Spannung der Batterie zeigt, wie stark sich die Elektronen von einer Seite der Batterie zur anderen bewegen wollen. Mit zwei verschiedenen Metallen lässt sich eine einfache Batterie bauen: Ein Metall, dessen Atome Elektronen abgeben und zu Metall-Ionen werden. Und ein anderes Metall, das in seiner ionischen Form Elektronen aufnimmt.
Hier sind es Magnesium-Atome, die ihre Elektronen abgeben und Kupfer-Ionen, die Elektronen aufnehmen. Die Elektronen bewegen sich durch einen elektrischen Leiter. Die Spannung im Leiter wird durch den Unterschied der Edelmetallcharaktere zwischen den Metallen bestimmt. Dieses Voltmeter zeigt an, wie viel edler Kupfer als Magnesium ist. Um den Edelmetallcharakter verschiedener Metalle zu vergleichen, muss man die Experimente jedes Mal auf die gleiche Weise anordnen.
Dazu bauen wir die Experimente nach bestimmten Regeln auf – Standardbedingungen für die Messung des Edelmetallcharakters. In diesem Fall misst du die Spannung zwischen elementarem Magnesium und Kupfer-Ionen. 1. Du solltest das elementare Magnesium in eine Lösung mit Magnesium-Ionen legen. 2.
Die Lösung mit den Kupfer-Ionen sollte ein Stück des elementaren Kupfers berühren. 3. Sorge dafür, dass in beiden Lösungen gleich viele Ionen sind – d. h. die gleiche Konzentration von Magnesium-Ionen und Kupfer-Ionen.
Wenn genau diese Bedingungen erfüllt sind, beträgt die Spannung zwischen Magnesium und Kupfer 2,71 Volt. Kupfer ist 2,71 Volt edler als Magnesium. Mit dieser Methode kannst du verschiedene Metalle vergleichen und sie in eine Skala der Edelmetallcharaktere stellen. Spannung bedeutet Potentialdifferenz. Man nennt diese Skala elektrochemische Spannungsreihe.
Magnesium ist hier und Kupfer hier. Der Abstand zwischen ihnen auf der Skala beträgt 2,71 Volt. Wenn du die Spannung zwischen Kupfer und Silber misst, erhältst du 0,46 Volt. Silber ist also 0,46 Volt edler als Kupfer. Was ist dann wohl die Spannung zwischen Magnesium und Silber?
Die Summe der beiden Abstände: ... 3,17 Volt. Ganz oben in der elektrochemischen Spannungsreihe steht Gold. Es ist das edelste aller Metalle. Ganz unten in der Skala ist Lithium.
Die Differenz zwischen Lithium und Gold beträgt 4,56 Volt. Hier ist eine 4,5-Volt-Batterie. Ist es also eine Lithium-Gold-Batterie? Nein. Man kann mehrere Batterien miteinander verbinden und so die Spannung erhöhen.
In dieser Batterie sind drei Zellen. Jede von ihnen liefert 1,5 Volt. Und diese Autobatterie hat sechs Zellen mit jeweils 2 Volt. Das macht zusammen 12 Volt. Die Spannung zwischen zwei Metallen hängt also davon ab, wie edel die Metalle im Verhältnis zueinander sind.
Den Unterschied der Edelmetallcharaktere misst du mit einem Voltmeter. Die Metalle stellst du in eine Spannungsskala – die elektrochemische Spannungsreihe. Je größer die Differenz zwischen den beiden Metallen auf der Skala, desto höher die Spannung zwischen ihnen. Batterien enthalten häufig mehrere elektrochemische Zellen, damit sie eine höhere Spannung bereitstellen können.