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Galvanisieren und Faradaysche Gesetze – Verkupfern, Versilbern und Vernickeln eines Schlüssels oder Löffels

ChemieElektrochemieAlter 17–18

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Ein Galvanisierbad: Die Anode ist eine Platte aus dem Überzugsmetall, die Kathode ist der zu beschichtende Gegenstand (ein Stahlschlüssel oder -löffel). Wählen Sie das Metall (Cu²⁺, Ag⁺, Ni²⁺), stellen Sie Stromstärke I und Dauer ein; Elektronen fließen durch die Leitungen, Metallionen wandern zur Kathode und bilden den Überzug. Ladung Q = I·t, abgeschiedene Masse m = I·t·M/(n·F) und Schichtdicke werden laufend aktualisiert, und ein m-t-Diagramm vergleicht die drei Metalle.

Lektion: Elektrolyse mit löslicher Anode: Galvanisieren; Faradaysche Gesetze und Masse des Produkts an einer Elektrode

Was sie zeigt

Beim Galvanisieren ist der Gegenstand die Kathode und eine Platte aus dem Überzugsmetall die Anode. Metallionen nehmen an der Kathode Elektronen auf und scheiden sich als Metall ab, während sich die Anode auflöst und die Ionenkonzentration nahezu konstant hält. Die Faradayschen Gesetze verbinden abgeschiedene Masse und Ladung: Q = I·t und m = Q·M/(n·F) mit F = 96485 C/mol. Jedes Ag⁺-Ion braucht nur ein Elektron und Silber hat eine große molare Masse, daher scheidet sich pro Coulomb am meisten Silber ab. Das Modell nimmt 100 % Stromausbeute und eine gleichmäßige Schicht an und läuft im Zeitraffer.

So funktioniert es

Wählen Sie Verkupfern, behalten Sie den Stahlschlüssel, stellen Sie I und Galvanisierdauer ein und klicken Sie auf Starten; beobachten Sie Elektronen, Ionen und die wachsende Schicht. Notieren Sie m für mehrere Stromstärken und Zeiten, um m ∝ I·t zu zeigen. Wechseln Sie zu Versilbern oder Vernickeln und vergleichen Sie die gestrichelten Linien im Diagramm. Mit dem Stahllöffel sehen Sie, dass eine größere Fläche eine dünnere Schicht ergibt; Neu beginnen startet von vorn.

Einstellbare Parameter

  • Überzugsmetall Kupfer (Cu²⁺), Silber (Ag⁺), Nickel (Ni²⁺)
  • Zu beschichtender Gegenstand Stahlschlüssel (15 cm²), Stahllöffel (40 cm²)
  • Stromstärke I 0,1–2 A
  • Galvanisierdauer 1–60 min

Fragen zum Erkunden

  1. Wie ändert sich die abgeschiedene Kupfermasse, wenn Sie Stromstärke oder Dauer verdoppeln?
  2. Warum scheidet sich bei gleicher Ladung etwa 3,4-mal so viel Silber wie Kupfer ab?
  3. Um welchen Faktor ist die Schicht auf dem Löffel bei gleichem Strom und gleicher Zeit dünner als auf dem Schlüssel, und warum?

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