PbO₂ + H₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2H₂O

ein Molekül PbO₂, das umgewandelt wird; auf 1 Gramm Wasserstoff kommen

also (206,5 + 32):2 = 119,25 g Bleisuperoxyd. Da durch 96540 Coulomb 1

Gramm Wasserstoff abgeschieden wird, so werden durch 1 Amperstunde =

3600 Coulomb an Wasserstoff 3600/96540 = 0,0373 g entwickelt. Der

Verbrauch an PbO₂ pro Amperstunde beträgt also 119,25 . 0,0373 g = 4,46

Gramm.

2) Das Blei ist ein weiches Metall von hohem spezifischen Gewichte; sein

elektrochemisches Äquivalent ist, da es zweiwertig ist, 206,5/2 =

103,25, also ein sehr hohes (man vergleiche hiermit das

Äquivalentgewicht des dreiwertigen Aluminiums). Da die Träger der

aktiven Masse, d. h. der an dem chemischen Umsatze beteiligten Stoffe,

aus Blei bestehen müssen, so ist der Bleiakkumulator ein schwerer

Akkumulator. Das aktive Blei ist porös, schwammig (Bleischwamm). Pro

Amperstunde, die der Akkumulator abgibt, müssen 0,0373 × 206,5/2 = 3,85

g Bleischwamm vorhanden sein.

3) Verdünnte Schwefelsäure von der bei Akkumulatoren üblicher

Konzentration ist ein Elektrolyt von ausgezeichnetem Leitungsvermögen

(näheres siehe Kap. 3). Wenn 2 Atome Wasserstoff zur Abscheidung

gelangen, werden, wie man aus den beiden auf die Entladung sich

beziehenden Gleichungen ersieht, 2 Moleküle Schwefelsäure verbraucht. Da

das Molekulargewicht der Schwefelsäure 98 ist, so kommen auf 1 g

Wasserstoff 98 g Schwefelsäure. Verbrauch pro Amperstunde also 3,66 g.

4) Ähnlich findet man, daß pro Amperstunde 18 . 0,0373 = 0,67 Gramm

Wasser bei der Entladung frei werden.

5) Das Bleisulfat ist in verdünnter Schwefelsäure nur sehr wenig

löslich; infolgedessen bleibt es an den Elektroden haften. Die

Löslichkeit hängt von der Säuredichte ab; sie ist bei 1,22 Säuredichte

ein Minimum, es lösen sich in 1 l solcher Säure nur 12 mgr.[28].

~Beweise für die Richtigkeit der Sulfattheorie oder der Gleichung 3.~ An

der Tatsache, daß sich an der negativen Elektrode bei der Ladung Blei

(und nur dieses) bildet, wird wohl kaum noch von jemand gezweifelt; wohl

aber wird hier und da bestritten, daß sich an der positiven Platte nur

Bleisuperoxyd bildet. So z. B. behauptet Darrieus[29], daß geladene

positive Platten Bleisuperoxyd enthalten, das mit Überschwefelsäure

durchtränkt ist. Die Bildung von Überschwefelsäure ist bei normalen

Verhältnissen aus verschiedenen Gründen unwahrscheinlich; bei Ladung mit

sehr hoher Stromdichte, bei der die Klemmenspannung einen hohen Betrag

annimmt, ist sie allerdings nicht unmöglich (s. S. 13), indem dann die

Dichte der Säure in den Poren der aktiven Masse und in der nächsten

Umgebung, wie später gezeigt wird, stark ansteigt, und großer

Säuregehalt für die Bildung von Überschwefelsäure günstig ist. Wird aber

mit den üblichen Stromdichten geladen, so daß die Spannung nicht über

2,7 bis 2,8 Volt steigt (Ende der Ladung), so ist die Entstehung von

Überschwefelsäure höchst unwahrscheinlich.

Der Akkumulator wäre ferner kein umkehrbares Element, wenn

Überschwefelsäure entstände, da der betreffende Vorgang nicht reversibel

ist; wir werden aber sehen, daß die Helmholtz’sche Gleichung, auf den

Akkumulator angewendet, zu einem richtigen Werte für die

elektromotorische Kraft führt, daß also der Bleiakkumulator zu den

umkehrbaren Elementen zu rechnen ist. Setzt man endlich dem Akkumulator

Überschwefelsäure[30] zu, so sinkt die elektromotorische Kraft, während

sie bei der Ladung langsam steigt. [Durch Versuche von ~Mugdan~[31]

dürfte die Darrieus’sche Theorie übrigens endgültig widerlegt sein.]

Verschiedene Forscher haben durch chemische Analyse nachgewiesen, daß

sich Bleisuperoxyd in einer unserer Gleichung entsprechenden Weise

bildet. Ferner spricht für die Bildung von Bleisuperoxyd folgender

Versuch. Kombiniert man eine geladene positive Akkumulatorplatte in

verdünnter Schwefelsäure mit einem amalgamierten Zinkstab, so findet

man, daß das betreffende Element eine elektromotorische Kraft von 2,4

Volt hat; ersetzt man die Akkumulatorplatte durch eine Bleiplatte, die

mit einem Überzug von künstlich dargestellten PbO₂ versehen ist, so hat

diese Kombination ebenfalls eine elektromotorische Kraft von 2,4 Volt.

Daß sich bei der Entladung Bleisulfat gemäß unserer Gleichung bildet,

kann durch Messungen der Säuredichte nachgewiesen werden. Die einer

bestimmten Strommenge entsprechende Abnahme der Konzentration kann

nämlich aus der Menge der vorhandenen Säure und dem anfänglichen

spezifischen Gewichte derselben leicht berechnet werden. ~W. Kohlrausch~

und ~C. Heim~, die diesbezügliche Messungen ausführten, fanden, daß die

berechnete Änderung der Säuredichte mit der durch Aräometermessung

gefundenen sehr gut übereinstimmt[32].

~E. Sieg~[33], der die Versuche in dem Laboratorium der Kölner

Akkumulatoren-Werke wiederholen ließ, fand, daß die nach unserer

Gleichung zu erwartende Bildung von 3,66 Gramm Schwefelsäure nie

beobachtet wurde. Wahrscheinlich wurden die gefundenen Abweichungen

durch die in den Poren der aktiven Masse eingeschlossene Säure

verursacht.

Den Nachweis, daß sich bei der Entladung aus Blei, Bleisuperoxyd und

Schwefelsäure im Sinne unserer Gleichung Bleisulfat und Wasser bilden

und ~zwar primär~ (stromliefernd, wie der chemische Umsatz im

Daniell-Elemente), kann man durch ~thermodynamische Berechnungen~

führen, indem man nämlich die Helmholtz’sche Relation (s. S. 19) auf den

Akkumulator anwendet: Unserer von links nach rechts gelesenen Gleichung

(3) entspricht ein bestimmter chemischer Umsatz, bei dem eine gewisse

Wärmemenge frei wird (die gesamte Energie des Systems nimmt ab). Die

Wärmetönung (Änderung der gesamten Energie), bezogen auf diejenigen

Mengen Blei, Bleisuperoxyd und Schwefelsäure, die einer Stromentnahme

von 96540 Coulomb entsprechen, sei q. Eine direkte Bestimmung von q im

Kalorimeter ist wegen des langsamen Verlaufes der Reaktionen nicht

ausführbar. Man kann aber aus bekannten Wärmetönungen die dem Umsatze

Die Akkumulatoren: ihre Theorie, Herstellung, Behandlung und Verwendung. · 第 33 / 66 题