Das #Volta’sche# Element, Zink- und Kupferblech in verdünnter
Schwefelsäure, hat wesentliche Mängel. Es entwickelt sich Wasserstoff
auch am Zink; ^wenn aber die Produkte einer chemischen Zersetzung an
derselben Stelle zum Vorschein kommen, wird nur Wärme und keine
Elektrizität produziert^; das Zink wird unnütz verbraucht; #nur wenn die
Produkte einer chemischen Zersetzung an verschiedenen Orten zum
Vorschein kommen, entsteht statt der Wärme Elektrizität#. Durch
Amalgamieren des Zinkbleches sucht man sich gegen diesen Verlust zu
schützen, erreicht das aber oft nur unvollkommen. Ferner wirkt der
Wasserstoff selbst elektromotorisch, und zwar dem Zink entgegengesetzt,
so daß er die elektromotorische Kraft des Zinkes schwächt: #der
Wasserstoff polarisiert# oder ^wirkt polarisierend^. Man sucht den
Wasserstoff wegzuschaffen, indem man ihn mit Sauerstoff sich verbinden
läßt.
Galvanische Elemente, welche ihre Stoffe nicht unnütz verbrauchen, und
den positiven Pol depolarisieren, nennt man #konstante Elemente#, weil
sie einen Strom von konstanter Stärke liefern. Solche sind:
Das #Daniell’sche# Element (1836). In ein Becherglas stellt man einen
engeren Becher, aus porösem, unglasiertem Tone [Tonzelle, Diaphragma];
füllt man das Glas mit einer gesättigten Lösung von Kupfersulfat,
~SO₄Cu~ (Kupfervitriol, blauer Vitriol) und die Tonzelle mit verdünnter
Schwefelsäure, so stehen beide Flüssigkeiten durch die Poren des Tones
in Verbindung, ohne sich (rasch) mischen zu können. Man stellt in die
Schwefelsäure einen Zinkcylinder oder Zinkblock und in das Kupfersulfat
ein Kupferblech.
Chemischer Vorgang: ~Zn~ verbindet sich mit dem nächsten ~SO₄~ zu
~ZnSO₄~; dadurch wird ~H₂~ frei; dieses wandert durch die
Schwefelsäureschichte (wie beim Voltaschen Elemente). Trifft nun
schließlich das ~H₂~ auf das erste Molekül ~SO₄Cu~ außerhalb des
Diaphragmas, so verbindet es sich mit dessen ~SO₄~ zu ~SO₄H₂~; es wird
also die verbrauchte Schwefelsäure wieder gebildet; das ~Cu~ dieses
~SO₄Cu~ wandert nun ebenso durch die ganze Schichte des ~SO₄Cu~; das
letzte ~Cu~ Molekül wird am Kupferbleche frei und schlägt sich dort als
metallisches Kupfer nieder. Natürlich geschehen alle diese Vorgänge in
raschester Aufeinanderfolge, innerhalb der kleinen Dimensionen solcher
Elemente geradezu gleichzeitig. In Zeichen kann man diesen Vorgang so
darstellen:
~| Zn | --v-- --v-- : : --v-- --v-- | Cu |
| | SO₄H₂ ..... SO₄H₂ :....: SO₄Cu .... SO₄Cu | |~
Das Produkt links ist ~SO₄Zn~, das Produkt rechts ist ~Cu~, die Menge
des freien ~SO₄H₂~ bleibt erhalten, die Menge des ~SO₄Cu~ nimmt ab.
Hiebei wird ~Zn~ -, ~Cu~ + elektrisch.
Das Element ist nicht sparsam; denn ein großer Teil des Zinkes läßt das
~H₂~ direkt entweichen; dabei wird nicht nur keine Elektrizität erzeugt,
sondern auch keine Schwefelsäure neu gebildet, weshalb diese meist bald
verbraucht ist. Die elektromotorische Kraft des Elementes ist größer als
die des Volta’schen, da nicht ~H₂~, sondern ~Cu~ sich ausscheidet,
welches weniger stark polarisiert als ~H₂~. Das Element bleibt tätig bis
alles ~SO₄Cu~ verbraucht ist; man nimmt also große Mengen desselben,
legt wohl auch noch Kupfervitriolkrystalle ein, die sich dann nach
Bedarf auflösen. Mit gewissen Abänderungen wird es noch heute benützt.
[Abbildung: Fig. 138.]
[Abbildung: Fig. 139.]
Das #Grove#’sche Element (1839). In ein Becherglas stellt man eine
Tonzelle, füllt das Glas mit verdünnter Schwefelsäure, die Zelle mit
konzentrierter Salpetersäure und stellt in erstere ein Zinkblech und in
letztere ein Platinblech. Chemischer Vorgang:
~| Zn | --v-- --v-- : : --v-- --v-- | Pt |
| | SO₄H₂ .... SO₄H₂ : .... : ONO₂H .... ONO₂H | |~
Es geht ~Zn~ in Lösung und bildet Zinksulfat. Die Salpetersäure zerlegt
sich in Untersalpetersäure ~NO₂H~ und ~O~, das sich mit ~H₂~ zu Wasser
verbindet. Die Untersalpetersäure steigt als brauner, zum Husten
reizender Dampf auf, weshalb man das Element mit einem Glasdeckel
verschließt.
Das Element ist nicht sparsam aus demselben Grunde wie früher; aber
seine elektromotorische Kraft ist sehr groß; da die entstehende
Untersalpetersäure am Platin nicht elektromotorisch wirkt, also das
Element die ganze elektromotorische Kraft des Zinkes besitzt.
Das Element ist teuer im Betrieb, weil es zwei Säuren verbraucht, wird
aber für manche Zwecke noch angewandt.
Das #Bunsen#’sche Element (1842) ist ebenso eingerichtet, nur ist das
Platinblech durch einen Block ^galvanischer Kohle ersetzt^; das ist eine
harte, poröse Kohle, welche sich bei der Gasfabrikation an den Wänden
der Retorten ansetzt; sie wird pulverisiert, mit Syrup zu einem steifen
Teig angemacht, geformt und geglüht.
Das #Chromsäure#-Element (Bunsen). Man bereitet sich eine Mischung aus
0,765 _kg_ Kaliumbichromat (saurem chroms. Kal.), 0,832 _l_
Schwefelsäure (sp. G. 1,836) und 9,2 _l_ Wasser und bringt in diese
Mischung eine Zink- und eine Kohlenplatte ohne Diaphragma.
Die Mischung erhält Chromsäure als depolarisierende, Kaliumsulfat als
neutrale und Schwefelsäure als erregende Substanz. Zn bildet damit
~SO₄Zn~; das ~H₂~ reduziert die Chromsäure zu Chromoxyd, letzteres
bildet mit ~SO₄H₂~ Chromsulfat, das sich mit dem Kaliumsulfat zu einem
Doppelsalz, Chromalaun, zusammensetzt. Diesen und Zinksulfat hat man
dann schließlich in Lösung.
~Cr₂O₇K₂ + 7 SO₄H₂ + 3 Zn = (K₂SO₄ + Cr₂ (SO₄)₃) + 3 SO₄Zn + 7 OH₂~
[Abbildung: Fig. 140.]
Das Element hat eine hohe elektromotorische Kraft, weil ~H₂~ beseitigt
wird; es ist einfach zusammengesetzt, weil es keine Tonzelle hat, es ist
zwar nicht sparsam, weil die Zersetzung auch bei offenen Polen andauert,
wird jedoch so eingerichtet, daß die Zink- (und Kohlen)platten beim
Nichtgebrauch aus der Flüssigkeit bequem herausgehoben und beim Gebrauch
eingetaucht werden können (^Tauchelement^), und wird so besonders von
Ärzten vielfach gebraucht.
Das #Meidinger#-Element: In ein geräumiges Becherglas wird oben ein
dickwandiger Zinkcylinder eingehängt und auf den Boden ein Kupferblech
gelegt, von dem ein durch Kautschuk isolierter Draht nach oben
herausführt. Das Glas wird gefüllt mit Wasser, in dem etwas Zinksulfat
(etwa ¹/₆ gesättigt) oder etwas (5%) Bittersalz (Magnesiumsulfat)
aufgelöst ist. Man wirft einige Kupfervitriolkrystalle hinein, die sich
rasch auflösen, und das Kupferblech mit einer gesättigten Lösung von
Kupfersulfat bedecken. Die Lösung bleibt wegen ihres größeren
spezifischen Gewichtes am Boden und gelangt, wenn das Element ruhig
steht, nur sehr langsam nach oben durch Diffusion.
Man kann nicht gut annehmen, daß der chemische Angriff vom Zink aus
geschehe, da dasselbe nicht im stande ist, ~SO₄Zn~ oder ~SO₄Mg~ zu
ersetzen, sondern man muß annehmen, daß der Angriff dort erfolgt, wo die
zwei Flüssigkeitsschichten von ~SO₄Zn~ und ~SO₄Cu~ aneinander grenzen.
Chemischer Vorgang:
~| Zn | --v-- --v-- --v-- --v-- | Cu |
| | SO₄Zn .... SO₄Zn SO₄Cu .... SO₄Cu | |~
Es geht also ~Zn~ in Lösung, bis die Flüssigkeit damit gesättigt ist,
was sehr lange dauert; ~Cu~ geht aus der Lösung und der vorhandene
Kupfervitriol wird verbraucht, kann aber leicht ersetzt werden, indem
man nach Bedarf weitere Kupfervitriolkrystalle hineinwirft.
[Abbildung: Fig. 141.]
Noch bequemer sind die Meidinger ^Ballon-Elemente^ eingerichtet. Ein
geräumiges Becherglas hat in der Mitte eine Einschnürung, auf dieser
steht in der oberen Hälfte der Zinkzylinder und am Boden ist das
Kupferblech, von dem der Draht nach aufwärts führt; das Glas wird mit
schwacher Zinkvitriollösung gefüllt. Ferner wird ein geräumiger
Glasballon mit Krystallen und gesättigter Lösung von Kupfersulfat
gefüllt, mit einem Korke verschlossen und durch denselben ein Federkiel
(Glasröhre) gesteckt. Der gefüllte Ballon wird dann umgekehrt und so in
das Becherglas gestellt, daß die Öffnung des Federkiels nahe am Boden
ist. Es strömt nun durch Diffusion Kupfersulfat aus dem Glasballon und
bedeckt das Kupfer mit einer gesättigten Lösung. Der chemische Prozeß
ist derselbe. Das Element dauert, ohne weiterer Aussicht zu bedürfen,
bis zu einem Jahre und wird deshalb besonders zu Haustelegraphen
benützt.
Das #Leclanché#’sche Element. In einem Becherglase steht eine Tonzelle,
gefüllt mit Braunsteinpulver und etwas Kohle; im Braunsteinpulver steckt
ein Kohlenblock. Im Glase befindet sich gesättigte Salmiaklösung, etwa
¹/₃ voll, und darin steckt ein fingerdicker Zinkstab. Chemischer Prozeß:
Das Zink zersetzt den Salmiak und verbindet sich mit Chlor; Ammonium
wird frei, wandert zum Braunstein und entreißt ihm Sauerstoff; das gibt
Ammoniak, das sich bald verflüchtigt, und Manganoxyd. Die
elektromotorische Kraft ist ziemlich groß = 1,3 Daniell, und das Element
empfiehlt sich durch seine einfache Zusammensetzung.
Bei allen Elementen ist Zink der negative Pol. Es gibt noch andere
Elemente von geringerer Wichtigkeit.