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App\Entity\MediaTranslation {#1397 -id: 5673 -title: "Die galvanische Zelle" -description: """ <p>Man weiß seit langer Zeit, dass Materie elektrifiziert werden kann. Dennoch ist es sehr schwierig, die Ladungstrennung, welche das Fließen eines Stroms gewährleistet, aufrecht zu erhalten. Erst im späten 18. Jahrhundert wurde mit der galvanischen Zelle der erste Stromgenerator entwickelt.</p>\r\n \r\n <p>Der britische Physiker John Daniell (1790-1845) erfand 1836 eine einzellige Battierie, bestehend aus zwei Kompartimenten. Eines enthielt eine wässrige Lösung mit Kupfersulfationen sowie einem Streifen Kupfermetall, das andere eine Zinksulfatlösung mit einem Zinkstreifen.</p>\r\n \r\n <p>Beide Kompartimente sind über eine Salzbrücke verbunden. Dieses Gerät kann eine dauerhafte Spannung von 1.1 V erzeugen.</p> """ -legends: """ Anode\r\n Kathode\r\n Salzbrücke\r\n Elektron\r\n Zn Anode\r\n Cu Kathode\r\n Chloridion Cl⁻\r\n Kaliumion K⁺\r\n Cu²⁺\r\n Zn²⁺\r\n SO₄²⁻\r\n aq\r\n s """ -goals: """ <ul>\r\n \t<li>den positiven und negativen Pol einer Battierie identifizieren.</li>\r\n \t<li>die Oxidations- und Reduktionsreaktionen innerhalb einer Batterie veranschaulichen.</li>\r\n \t<li>die chemischen Reaktionsformeln für die Reaktionen an jeder Elektrode (Pol) schreiben können.</li>\r\n \t<li>die Funktion der Salzbrücke verstehen.</li>\r\n </ul> """ -more: """ <p>Wie funktioniert diese Batterie?</p>\r\n \r\n <p>Die in dieser Batterie verwendeten Oxidations-/Reduktionspaare sind:</p>\r\n \r\n <ul>\r\n \t<li>Cu<sup>2+</sup><sub>(aq)</sub> / Cu<sub>(s)</sub></li>\r\n \t<li>Zn<sup>2+</sup><sub>(aq)</sub> / Zn<sub>(s)</sub></li>\r\n </ul>\r\n \r\n <p>Diese Paare sind in getrennten Kompartimenten lokalisiert und über eine <strong>Salzbrücke</strong> verbunden.</p>\r\n \r\n <p><strong>Anode:</strong> Oxidation von Zink</p>\r\n \r\n <p> Zn = Zn<sup>2+</sup> + 2e<sup>-</sup></p>\r\n \r\n <p>Die Elektrode ist der negative Pol. Dieser verliert Masse, da die Zinkatome Elektronen abgeben und Zinkionen in die Lösung entlassen werden.</p>\r\n \r\n <p><strong>Kathode:</strong> Reduktion von Kupfer</p>\r\n \r\n <p> Cu<sup>2+</sup> + 2e<sup>-</sup> = Cu</p>\r\n \r\n <p>Diese Elektrode ist der positive Pol. Hier nimmt die Masse zu, da in der Lösung befindliche Kupferionen die Elektronen aufnehmen und Kupferatome bilden.</p>\r\n \r\n <p>Sind Anode und Kathode über einen externen Kreislauf miteinander verbunden, können die an der Anode austretenden Elektronen zur Kathode wandern und so zu den oben beschriebenen Ereignissen führen. Um diesen Strom aufrechtzuerhalten, ist es unabdingbar, die elektrische Neutralität in den Kompartimenten aufrechtzuerhalten. Dies ist die Funktion der Salzbrücke.</p>\r\n \r\n <p><strong>Innerhalb der Salzbrücke:</strong> Kaliumchlorid ist eine unermessliche Reserve für Kalium (K<sup>+</sup>) - und Chloridionen (Cl<sup>-</sup>). Diese Ionen sichern den Strom in der Batterie, da sie in jedem Kompartiment den Verlust an geladenen Teilchen ausgleichen.</p>\r\n \r\n <ul>\r\n \t<li>In der Kupfersulfatlösung sind immer weniger Cu<sup>2+</sup>-Ionen. Die elektrische Neutralität wird durch den Eintritt von K<sup>+</sup>-Ionen (Kationen) gewährleistet.</li>\r\n \t<li>In der Zinksulfatlösung sind immer mehr Zn<sup>2+</sup>-Ionen. Die elektrische Neutralität wird durch den Eintritt von Cl<sup>-</sup>-Ionen (Anionen) gewährleistet.</li>\r\n </ul> """ -scenario: """ <p>Zie ist, die Bewegung der verschiedenen Ladungsträger zu verstehen und die entsprechenden Gleichungen aufzustellen.<br />\r\n <br />\r\n Ablauf:</p>\r\n \r\n <ol>\r\n \t<li>Die Schüler bauen eine Batterie. Über die Animation kann die Bewegung der Ladungsträger sichtbar gemacht werden.</li>\r\n \t<li>Die Animation wird den Schülern gezeigt, ohne die Bewegung der Ladungsträger (Ionen und Elektronen) sichtbar zu machen.</li>\r\n </ol>\r\n \r\n <p>a. Die Bewegung der Elektronen. Analyse des tatsächlichen Versuchs.</p>\r\n \r\n <ul>\r\n \t<li>Die Schüler können die Spannung an den Polen der Batterie feststellen und messen.</li>\r\n \t<li>Auf Basis dieser Beobachtungen können sie den positiven und negativen Pol bestimmen.</li>\r\n \t<li>Nun können die Schüler die Bewegung von Elektronen und Strom darstellen. Die Lehrkraft zeigt die Animation mit der Bewegung der Elektronen.</li>\r\n </ul>\r\n \r\n <p>b. Die Bewegung der Elektronen an den Elektroden. Verwendung der Animation.<br />\r\n <br />\r\n Nachdem sie die Bewegung der Elektronen dargestellt haben, werden die Schüler aufgefordert, die Teilreaktionen, die an jeder Elektrode ablaufen, aufzuschreiben.<br />\r\n Um die Ergebnisse der einzelnen Schüler zu überprüfen wird die Animation gezeigt. Der Lehrer weist dabei auf die Bewegung der Ionen an jeder Elektrode hin.<br />\r\n <br />\r\n c. Die Bewegung der Ionen in der Salzbrücke, die Funktion der Salzbrücke.<br />\r\n <br />\r\n Die Lehrkraft konfrontiert die Schüler mit folgenden Problemstellungen:<br />\r\n <br />\r\n Problemstellung 1: Was geschieht mit der Batterie, wenn die Salzbrücke entfernt wird?<br />\r\n <br />\r\n Problemstellung 2: Die Cu<sup>2+</sup>-Ionen „verschwinden” an der Kathode, während die Zn<sup>2+</sup>-Ionen an der Anode „auftauchen”. Wie wird die Elektroneutralität der Lösungen in den zwei Kompartimenten gewährleistet?<br />\r\n <br />\r\n Die Lehrkraft sammelt die Antworten der Schüler und zeigt anschließend die Animation, in welcher die Bewegung der Ionen in der Salzbrücke veranschaulicht ist.</p> """ -features: "<p>Das Kästchen <strong>anhaken</strong>, um die Moleküle und Ionen sichtbar zu machen.</p>" -publishedAt: DateTimeImmutable @1431302400 {#1394 : 2015-05-11 00:00:00.0 UTC (+00:00) } -preventIndexForSearch: false #locale: "de" #translatable: App\Entity\Media {#1308 …} #status: "published" #createdAt: DateTime @1306447200 {#1395 : 2011-05-26 22:00:00.0 UTC (+00:00) } #updatedAt: DateTime @1700211989 {#1396 : 2023-11-17 09:06:29.0 UTC (+00:00) } } |
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