Kartoffelelektrolyse
von Adrian Pflugmacher
Ziel des Versuchs In diesem Versuch werden durch die Elektrolyse in einer Kartoffel mit Kupferelektroden Nachweisreaktionen zu den verschiedenen Produkten thematisiert.
Vorbemerkung
Materialien
Chemikalien
Gefahrstoffe
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS-Piktogramme |
|---|---|---|---|
| Kupfer | – | – | – |
| Phenolphthaleinlösung < 1% in Ethanol-Wasser 1:1 | H226 | – |
|
Durchführung
Die Krokodilklemmen werden über die Kabel mit der Spannungsquelle verbunden und an zwei glänzend geschmirgelten Kupferdrähten geklemmt. Von der Kartoffel werden beide Enden glatt abgeschnitten, sodass sie mit horizontalen Schnittflächen flach in die Glasschale gelegt werden kann. In die Oberseite der Kartoffel werden die Kupferdrähte nun im Abstand von 5 cm etwa 2 cm tief hineingesteckt. Sie dienen im Versuch als Elektroden. (Für den Aufbau vgl. Abb. 1.)
Es wird ein Gleichstrom mit der Spannung 15 V angelegt. Um die Elektroden wird mit der Pasteurpipette ein wenig Seifenblasenlösung getropft. Eine eventuelle Gasentwicklung wird mit dem Glimmspan/Brennspan untersucht. An der mit dem Minus-Pol verbundenen Elektrode wird die Kartoffel mit etwas Phenolphthalein betropft. Mit dem Magnesiastäbchen und dem Gasbrenner können Ionen anhand ihrer Flammenfärbung nachgewiesen werden.
Beobachtung
Abbildungen
-
Abb. 1: Versuchsaufbau -
Abb. 2: Farbveränderung bei der
Deutung
Durch die angelegte Spannung läuft eine Elektrolysereaktion ab. An der mit dem Minus-Pol verbundenen Kathode wird der Wasserstoff des in der Kartoffel enthaltenen Wassers reduziert und steigt als Gas auf, was durch die knisternden Seifenblasen nachgewiesen werden kann. Die Hydroxidionen der Reaktionsprodukte erhöhen den pH-Wert um die Elektrode, weshalb es zum Farbumschlag der Phenolphthalein-Lösung kommt.
An der positiven Anode laufen aufgrund der hohen Spannung zwei Oxidationen parallel ab. Der Sauerstoff des Wassers wird zu elementarem Sauerstoff und das Kupfer der Elektrode zu Kupfer(II)-Ionen oxidiert. Das Sauerstoffgas wird in den Seifenblasen gesammelt und lässt den Glimmspan aufglühen. Die Kupferionen lassen sich mit der grünen Flammenfärbung positiv nachweisen.
Kathode: 2 H2O(l) + 2 e- → H2 (g) + 2 OH-(aq) | E0 = - 0,83 V
Anode: Cu(s) → Cu2+(aq) + 2 e- | E0 = + 0,35 V
6 H2O(l) → O2 (g) + 4 H3O+(aq) + 4 e- | E0 = + 1,23 V
Entsorgung
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse
Der Versuch kann am Ende des Schuljahres als Wiederholung der bekannten Inhalte aus der Elektro- und Säure-Base-Chemie genutzt werden. Auch wird mit den Nachweisreaktionen auf Stoffeigenschaften der vorangegangenen Klassenstufen zurückgeblickt und liefert den Schülerinnen und Schülern so eine Möglichkeit der Anwendung ihrer erlangten Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten. Er kann bei vollständig vorhandenem Vorwissen beispielsweise als Wettbewerb zwischen verschiedenen Gruppen eingesetzt werden, die die hier die ablaufenden Reaktionen ermitteln sollen. Dabei sollte es aus Sicherheitsgründen (hohe Spannung!) nicht um Geschwindigkeit gehen, sondern um korrekten und vollständigen Nachweis der Reaktionsprodukte.
Die hohe Spannung ist in diesem Versuch nötig, um zum einen die Versuchsdauer zu beschleunigen, zum anderen den hohen Widerstand der Kartoffel zu überwinden. Dieser Wiederstand kann mit dem Versuch „Die Musikkartoffel“ verdeutlicht werden.