Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Daniell-Element, wann geht Spannung zurück?


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von digger (Gast)


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Hallo,

habe ein paar Fragen zum Daniell-Element.

Die Haupt-Frage ist, wann lässt bei diesem Element deutlich die Spannung 
nach?

Klar, wenn die Zn-Elektrode sich aufgelöst hat, geht die Spannung 
zurück.

Aber es gibt bestimmt auch noch andere Möglichkeiten/Ursachen.


Im Moment ist mir leider nicht ganz klar, welche Ionen in welche 
Richtung durch das Diaphragma bzw. die Salzbrücke wandern. Dort könnte 
es ja auch zu Konzentrationsverschiebungen kommen, die letztlich die 
Zellspannung verringern.


(Und ja, heute ist Freitag und nein, ich bin kein Troll)

von Minimalist (Gast)


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Hallo,
Vorab: was jetzt kommt sind Vereinfachungen. Nicht das jetzt einer kommt 
und sagt: genau genommen...
Außerdem habe ich das Wort "Salzbrücke" eigentlich nur in Schulbüchern 
gehört. Ich gehe also davon aus, das du Schüler bist. Korrigiere mich, 
wenn ich daneben liege.

Durch die Salzbrücke "wandern" Anionen zum Ladungsausgleich. Im Fall des 
Daniellelements Sulfationen.
Zur Abhängigkeit der Spannung bringt einen die Nernst-Gleichung schon 
weiter. Schau sie dir einfach mal genau an.
T steht im Zähler, also doppelte Temperatur, doppelte Spannung. 
Vorsicht, Wissenschaftler messen Temperaturen absolut (in Kelvin).
Im Daniellelement wird gesättigte Kupfersulfatlösung verwendet, daher 
kann deren Konzentration (Cred) als konstant angesehen werden. (Klar 
warum?)
Es ändert sich also in erster Linie die Konzentration an Zink Ionen 
(Cox).

Ich hoffe, damit ist dir etwas weitergeholfen.

von Werner H. (werner45)


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Hallo digger!

Das kann warscheinlich keiner beantworten, weil niemand ein 
Daniell-Element mehr hat. Eine Chance, Entladekurven zu finden, besteht 
eigentlich nur in der Recherche alter Veröffentlichungen in einer 
Uni-Bibliothek.

Wenn Du eines selbst bauen willst, laß bloß die Salzbrücke sein, die 
erhöht den Innenwiderstand übermäßig. Besser ist ein großflächiges 
Diaphragma, wie in Wikipedia beschrieben. Rohe Tontiegel sind schwer 
beschaffbar, Du kannst Dir was ähnliches selber bauen:
Zement mit ganz feinem Sand gut mischen und statt mit Wasser mit 
konzentrierter Kochsalzlösung anrühren. Die Mischung in den Zwischenraum 
zweier Rohre füllen. Statt Vollrohren wickelt man welche aus einigen 
Lagen Folie, damit sie nachher wieder entfernt werden können (Als Boden 
des Innenrohres die Kappe einer Sprayflasche). Nach dem Aushärten muß 
das Salz mit Wasser ausgewaschen werden (Chloridfrei waschen!) und es 
bleibt ein brauchbares Diaphragma zurück.
Warscheinlich genügt das für das Element.
Ein ganz feines Diaphragma (z.B. für Messung des Osmotischen Drucks) 
erhält man durch Bildung eines Films aus Kupfer-Cyanoferrat in den 
Poren. Tiegel In Kupfersulfatlösung stellen, innen gelbes Blutlaugensalz 
als Lösung. Danach auswaschen. Weiß ich aus der Literatur, aber noch nie 
gemacht.

Du kannst jetzt die Entlade/Ladekurve selbst messen.

Gruß   -   Werner

von digger (Gast)


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Minimalist schrieb:
> Durch die Salzbrücke "wandern" Anionen zum Ladungsausgleich. Im Fall des
> Daniellelements Sulfationen.

Hallo,

Danke für die Infos und Vorschläge!

Lustige Idee mit dem Zementdiaphragma!

Es geht tatsächlich um eine Hausaufgabe.

Also die e- wandern über die Leitung von der Zn-Elektrode zur 
Cu-Elektrode.

Die SO4-2--Ionen wandern im Gegenzug über die Salzbrücke vom Cu-Gefäß 
ins Zn-Gefäß (bei einem Diaphragma passiert vermutlich das gleiche).

D.h., wenn im Cu-Gefäß von Anfang an nur wenige SO4-2--Ionen vorhanden 
sind, liefert die Zelle nur so lange Strom, bis keine SO4-2--Ionen mehr 
auf der Cu-Seite vorhanden sind?!?

von Hp M. (nachtmix)


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Werner H. schrieb:
> laß bloß die Salzbrücke sein, die
> erhöht den Innenwiderstand übermäßig.

Ja, die Salzbrücke verwendet man praktisch nur zu Meßzwecken.
https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberf%C3%BChrungszahl

Zum Zwecke der Energieentnahme ist es besser auf einige mV und die 
Salzbrücke zu verzichten, und statt dessen den  Innenwiderstand der 
Zelle zu optimieren.

digger schrieb:
> Aber es gibt bestimmt auch noch andere Möglichkeiten/Ursachen.

Die Konzentration der Zinkionen steigt, und die Konzentration der 
Kupferionen wird geringer.
Die Konzentration der Feststoffe ist definitionsgemäß 1; praktisch 
auftretende Abweichungen davon werden in einem Aktivitätskoeffizienten, 
der hier Fugizität heisst, berücksichtigt.

: Bearbeitet durch User
von Minimalist (Gast)


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Jain.
Auf der Kupferseite sind aber im er exakt so viele Sulfationen wie Cu2+ 
im Wasser ist. Man hat ja schließlich Kupfersulfat gelöst ;-)
Für jedes Cu2+ was sich zu Cu(Metall) abscheidet, geht an der anderen 
Elektrode exakt ein Zn Ion aus dem Metall in Lösung (Zn -> Zn2+). Und 
ein Sulfation wandert über die Salzbrücke um die Ladung auszugleichen. 
Die 2 Elektronen nehmen den Weg über die Kabel.

Dadurch würde die Kupfersulfatlösung immer dünner werden. Daher nimmt 
man hier eine gesättigte Lösung, wo noch ein ungelöster Überschuss drin 
ist. Das löst sich dann passend nach. Darum kann die Konzentration als 
konstant angesehen werden.

Mit der Zeit wird aber die Zinksulfatlösung (nichts anderes entsteht 
nämlich an der Zn Elektrode) immer gesättigter. Das senkt die 
Zellspannung.

Wenn ihr in der Schule schon so weit seid:
Zum Berechnen stelltst du für beide Halbzellen die Nernst-Gleichung auf.
Die Kupferseite brauchst du nur einmal zu berechnen. Die Konzentration 
erhältst du aus der Löslichkeit von Kupfersulfat(Internet)
Auf der Zn Seite kannst du dann einmal verschiedene Konzentrationen 
einsetzen.

Wenn du wissen willst, wann diese Konzentrationen erreicht sind: pro 
Amperesekunde fließt ein Coulomb durch die Zelle. Die Faraday-Konstante 
gibt dir Aufschluss darüber, wie viel mol ein Coulomb sind. Achtung, man 
kriegt 2 Elektronen für ein Zn-Ion.

Hoffe das hilft dir weiter.

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