Kartoffelelektrolyse

von Adrian Pflugmacher

Thema: Leitfähigkeit und einfache Elektrolyse Tags: Elektrolyse, Nachweis, Redox Klassenstufen: 9-10 Versuchsart: SV

Ziel des Versuchs: In diesem Versuch werden durch die Elektrolyse in einer Kartoffel mit Kupferelektroden Nachweisreaktionen zu den verschiedenen Produkten thematisiert.

Materialien

Spannungsquelle, Kabel, 2 Krokodilklemmen, Schmirgelpapier, Multimeter, Kartoffel, Glaswanne, Seifenblasenlösung, Pasteurpipette, Glimmspan, Gasbrenner, Magnesiastäbchen

Chemikalien

Kupferdraht, Phenolphthaleinlösung

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS
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

An beiden Elektroden ist eine leichte Gasentwicklung zu beobachten. Die entstehenden Blasen der Seifenblasenlösung lassen sich an der mit dem Minus-Pol verbundenen Elektrode mit einem Brennspan knisternd zerplatzen. Die etwas kleineren Blasen an der positiven Elektrode werden durch einen Glimmspan zerstört, der etwas heller aufleuchtet. Von dieser Elektrode aus breitet sich mit fortschreitender Versuchsdauer eine Blaufärbung aus, hin zur zweiten Elektrode. An der negativen Elektrode färbt sich die Kartoffel nach Benetzung mit der Phenolphthaleinlösung pink. Wird ein Magnesiastäbchen nach Beendigung des Versuchs in das Loch der positiven Elektrode gesteckt und anschließend in die rauschende Gasbrennerflamme gehalten, leuchtet die Flamme grün.

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

Die Kartoffel kann über den Restmüll entsorgt und die Kupferdrähte erneut verwendet werden.

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.

Literatur

Witt, Alexander; Flint, Alfred: Elektrochemie. 1. Konzeptbaustein: Von der „Strom leitenden“ Kartoffel zur Elektrolyse. (2013). Institut für Chemie, Universität Rostock. Online verfügbar unter http://www.chemie1.uni-rostock.de/didaktik/pdf/elektrochemie1.pdf, zuletzt geprüft am 28.07.2016.


Download

Ähnliche Experimente

Ionenbeweglichkeit
Vom Kochsalz zur Salzsäure

Feedback

Haben Sie Anmerkungen, Feedback oder Kritik zu diesem Experiment? Kontaktieren Sie uns unter Bezugnahme auf diese Seite!


Copyright und Lizenzen: Alle Rechte an den Inhalten dieser eLearning-Materialien liegen beim Autor oder den jeweiligen Urheberrechtsinhabern. Sämtliche Bilder und Texte sind entweder vom Autor selbst fotografiert oder verfasst oder sind gemeinfrei, es sei denn, es ist eine andere Quelle angegeben. Die gesammelten/vollständigen Literaturverzeichnisse der einzelnen Versuche sind jeweils in den entsprechenden Gesamtprotokollen zu finden.

Haftungsausschluss: Die Benutzung der hier vorliegenden Informationen geschieht auf vollkommen eigene Verantwortung. Haftung für Schäden oder Verluste, die beim Umgang mit den hier beschriebenen Stoffen oder bei der Durchführung von chemischen Versuchen entstehen, ist ausgeschlossen; ebenso wie Schadensersatzforderungen oder Gewährleistungsansprüche aufgrund falscher oder fehlender Angaben. Die Angaben zu den Stoffen und die Experimentieranleitungen wurden jedoch sorgfältig und nach bestem Gewissen erstellt und sind in jedem Falle zu beachten.