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Die Zitronenbatterie im Detail

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Versuch 2a: Die Zitronenbatterie
Durchführung:
  1. Stechen Sie eine Kupfer-Elektrode (1) und eine Zink-Elektrode (2) in eine Zitrone (3).
  2. Verbinden Sie die beiden Elektroden mit einem Voltmeter oder einem kleinen Elektromotor.
Beobachtungen:

Man kann eine Spannung von 0,5 bis 0,8 Volt messen. Ein kleiner Elektromotor fängt an, sich zu drehen.

Bei der Zitronenbatterie sind die Vorgänge nicht ganz so einfach, wie auf der ersten Seite besprochen.

Schema der Zitronenbatterie

Die Zink-Elektrode löst sich mit der Zeit auf, weil immer mehr Zink-Atome zu Zink-Ionen werden, die sich im Zitronensaft lösen. Die so freigesetzten Elektronen fließen dann zur Kupferelektrode.

Die negative Ladung der Kupfer-Elektrolde zieht nun Kationen an. Allerdings sind - im Gegensatz zum Daniell-Element, keine Kupfer-Ionen in der Zitrone enthalten. Daher werden vor allem Oxonium-Ionenangezogen. Die Oxonium-Ionen entstehen, wenn die Zitronensäure Protonen an Wasser-Moleküle abgibt. An der Oberfläche der Kupfer-Elektrode nehmen die Oxonium-Ionen Elektronen auf und werden dann zu Wasser-Molekülen und Wasserstoff:

$2 H_{3}O^{+}_{(aq)} + 2 e^{-}\to 2 H_{2}O_{(l)} + H_{2}\uparrow$

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Der gleiche Prozess läuft auch an der Zink-Elektrode ab. Daher arbeitet die Zitronenbatterie nicht sonderlich effektiv, denn nur ein Teil der Elektronen, die bei der Zink-Elektrode durch das Auflösen des Zinks freigesetzt werden, fließt zum Pluspol, zur Kupfer-Elektrode. Ein anderer Teil dieser Elektronen reagiert mit den Oxonium-Ionen der Lösung zu Wasser und Wasserstoff.

VOLTA-Batterie

Übrigens basiert die Batterie, die Alessandro Volta (1745 - 1827) gebaut hat - die erste Batterie in der Geschichte überhaupt - auf dem gleichen Prinzip wie die Zitronenbatterie. Seine VOLTAsche Säule, die er um 1800 konstruierte, besteht aus übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplatten, die durch Stofflappen voneinander getrennt waren, die er mit Säure getränkt hatte.

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