Das Leclanché-Element

von Tabea Bönisch

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Ziel des Versuchs In diesem Versuch wird das Leclanché-Element thematisiert. Die Sonst röhrenförmige Batterie wird in diesem Fall sehr vereinfacht, indem die beiden Elektroden aufeinander liegen, nur getrennt durch eine dünne Papp- und einer Mangandioxidschicht.

Vorbemerkung

Das Leclanché-Element gehört mit der Volta'schen Säule zu den zwei bekanntesten und ursprünglichsten Batterie-Systemen. Es besteht aus einer Zink- und einer Kohleelektrode sowie Manganoxid (Braunstein). Die sonst röhrenförmige Batterie wird in diesem Fall sehr vereinfacht, indem die beiden Elektroden aufeinander gelegt und nur durch eine dünne Papp- und einer Mangandioxidschicht getrennt werden. Das Prinzip von Galvanischen Elementen sowie das Aufstellen von Redoxgleichungen sollten die Schüler bereits kennengelernt haben.

Materialien

Stativ mit Klemme und Muffe, 2 kleine Bechergläser, Reagenzglasklammer, Motor, Voltmeter, Kabel, Krokodilklemmen, ein Stück dünne Pappe

Chemikalien

Ammoniumchlorid, Mangandioxid (Braunstein), Zinkblech, Kohleelektrode, Stärke

Gefahrstoffe

Gefahrstoff	H-Sätze	P-Sätze	GHS-Piktogramme
Ammoniumchlorid	H302, H319	–
Mangandioxid	H332, H302	–
Stärke löslich	–	–	–
Zink gekörnt	H260, H250, H410	–
Kohle gekörnt	–	–	–

Durchführung

Die Elektroden werden blank geschmirgelt. Aus dem Stück Pappe wird eine Platte geschnitten, die etwas kürzer ist als die Elektroden. Es wird eine Mischung aus Braunstein, Wasser und Stärke angerührt, so dass eine zähe Paste entsteht. Im zweiten Becherglas wird eine gesättigte Ammoniumchlorid-Lösung hergestellt und die Pappe darin getränkt. Das Zinkblech wird eingespannt. Darauf wird die getränkte Pappe gelegt. Die Kohleelektrode wird mit der Mischung bestrichen und auf die Pappe gedrückt. An beiden Elektroden wird jeweils eine Krokodilklemme befestigt. Die Batterie wird am besten mit einer Reagenzglasklammer fest zusammengehalten. Die Spannung wird gemessen.

Beobachtung

Es stellt sich eine Spannung von ca. 1,5 V ein. Es ist mit der Zeit ein deutlicher Abfall der Spannung zu erkennen.

Abbildungen

Abb. 1: Aufbau des Leclanché-Elements

Deutung

Es handelt sich um eine Redoxreaktion:

Oxidation:	Zn → Zn²⁺ + 2 e^-
Reduktion:	2 MnO₂ + H₂O + 2 e^- → MnO(OH) + 2 OH^-
Gesamtgleichung:	2 MnO₂ + H₂O + Zn → Zn²⁺ + MnO(OH) + 2 OH^-

Es findet eine Folgereaktion mit den gebildeten Hydroxidionen statt:

2 OH^- + 2 NH₄⁺ → 2 NH₃ + 2 H₂O

Die Zellspannung sinkt im Betrieb, weil durch die Bildung der Hydroxidionen am Pluspol (Anode, Zinkblech) der pH-Wert steigt. Dadurch sinkt das Potenzial (Redoxpotential) des Redoxpaares MnO(OH)/MnO₂. Der sich am Pluspol bildende gasförmige Ammoniak isoliert die Kohleelektrode von der Umgebung, wodurch der Widerstand der Zelle ansteigt. Deshalb sinkt bei längerem Betrieb die Stromstärke.

Entsorgung

Die Entsorgung erfolgt über den Feststoffabfall.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Es bietet sich im Anschluss an dieses Experiment an, auf weitere Batteriesysteme einzugehen, um die Vielfalt und die Möglichkeiten zu beschreiben und den Umgang mit solchen Systemen zu üben. Ein nächster Schritt wäre die Thematisierung von Akkumulatoren, bei denen ein Wiederaufladen möglich ist. Hierzu sind die Begriffe Überspannung und Zersetzungsspannung zu besprechen.

Literatur

http://shelx.uni-ac.gwdg.de/~rherbst/eirmer/html/Elektrochemie_aus/Leclanche-Element-Loesungen.pdf (zuletzt aufgerufen am 2.8.16 um 15:53Uhr)