Bunsenelement

Das Bunsenelement ist eine von Robert Bunsen 1841 vorgestellte^[1][2][3] Spannungsquelle, die eine elektrische Spannung von etwa 1,9 V^[4] liefert. Sie wurde mindestens bis zur Mitte der 1880er Jahre^[4] für wissenschaftliche und technische Experimente und Anwendungen benutzt, beispielsweise zur elektrischen Beleuchtung^[5], und ist daher historisch bedeutend. Sie ist ein galvanisches Element, das oft als Batterieform verwendet wurde, und eine verbesserte Variante des 1839 von William Grove entwickelten Grove-Elements.

Das Element von Grove bestand aus einer Zink-Elektrode, die in Schwefelsäure als Elektrolyt tauchte, umgeben von einem porösen Tonzylinder als Diaphragma; als Gegenelektrode diente Platin in Salpetersäure. Bunsen gelang es, die teure Platinelektrode durch einen Zylinder aus viel billigerer gepresster Kohle zu ersetzen. Das Bunsenelement war zu seiner Zeit eine der leistungsfähigsten elektrischen Stromquellen.

Die vergleichsweise großen Stromstärken, die damit erreicht werden konnten, wurden durch die relativ große Oberfläche der verwendeten Kohle ermöglicht. Außerdem verzichtete Bunsen auf ein Diaphragma („wodurch die bei den constanten Batterien nöthigen porösen Thonzellen entberlich werden“^[1]), so dass auch der Innenwiderstand seiner Zelle niedrig war. Der Nachteil war, dass das Zink sehr schnell korrodierte: Johann Christian Poggendorff versuchte einen Nachbau der Bunsenschen Zelle und berichtete eine so „heftige Auflösung des Zinks“, dass er den Apparat nach einer Viertelstunde auseinandernahm. Außerdem sind die giftigen und korrosiven Gase und Dämpfe der Salpetersäure und die entweichenden Stickoxide nachteilig. Die Glasgefäße wurden daher so gestaltet, dass sie das Entweichen der Dämpfe beschränkten;^[3] später wurden auch geschlossene Gefäße verwendet.^[6]

Bedeutende Anwendungen der Bunsenzelle

In Bunsens Labor wurde seine Zink-Kohle-Zellen z. B. zur Herstellung von Chlorknallgas^[7] und zur Darstellung von Elementen, u. a. Lithium^[8], Aluminium und Natrium^[9], genutzt. Ebenfalls in Bunsens Labor in Marburg nutzte Hermann Kolbe sie bei seinen Experimenten zur Elektrolyse^[10][11], die zur Entdeckung der heute als Kolbe-Elektrolyse bekannten Reaktion führten. Henri Moissan gebrauchte 1886 bei der ersten Darstellung von elementarem Fluor eine Batterie aus 50 Bunsenzellen.^[12]

1841 fanden in Paris am Quai de Conti erste Versuche zur elektrischen Beleuchtung eines öffentlichen Platzes statt, wobei eine Batterie aus 100 Bunsenelementen benutzt wurde.^[13] 1846 wurde die Pariser Oper mit Lichtbogenlampen ausgestattet, die von einer Batterie aus 360 Bunsenelementen versorgt wurden.^[14]

Reaktionsgleichungen

An der Anode (Minuspol, das Zinkblech, siehe Zinkelektrode) der Bunsenzelle löst sich beim Entladen das Zink auf, es wird dabei zum Zinkion oxidiert:

${\displaystyle \mathrm {Zn\longrightarrow Zn^{2+}+2\ e^{-}} }$.

An der Kathode der Zelle (Pluspol, die mit Salpetersäure getränkte Kohlenstoffelektrode) wird die Salpetersäure HN^VO₃ reduziert. Je nach den Reaktionsbedingungen bzw. je nachdem wie vollständig die Reaktion abläuft entsteht dabei Stickstoffdioxid N^IVO₂, Nitrit N^IIIO₂⁻, oder – bei weitgehender Entladung – Stickstoffmonoxid N^IIO. Mit konzentrierter Salpetersäure und begrenzter Entladetiefe entsteht Stickstoffdioxid:

${\displaystyle \mathrm {2\ HNO_{3}+e^{-}\longrightarrow NO_{2}+NO_{3}^{-}+H_{2}O} }$

Die Gesamtreaktion der Zelle (vergl.^[4]) ist daher:

${\displaystyle \mathrm {Zn+4\ HNO_{3}\longrightarrow Zn(NO_{3})_{2}+2\ H_{2}O+2\ NO_{2}} }$.

Die Spannung der Zelle liegt zwischen 1,888 V und 1,964 V.^[15]

Weblinks

Wikisource: Bunsen’s verbesserte Kohlenbatterie und einige Versuche mit derselben – Quellen und Volltexte

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Robert Bunsen: Ueber eine neue Construction der galvanischen Säule. In: Friedrich Wöhler, Justus Liebig (Hrsg.): Annalen der Chemie und Pharmacie. Band 38, Nr. 3. C. F. Winter, Heidelberg 1841, S. 311–313, doi:10.1002/jlac.18410380307 (Online – Die Arbeit ist datiert auf den 14. Mai 1841.).  beim Internet Archive (in den gesammelten Werken); online in der HathiTrust Digital Library
2. ↑ Robert Bunsen: Ueber die Anwendung der Kohle zu Volta'schen Batterien. In: Johann Christian Poggendorff (Hrsg.): Annalen der Physik und Chemie. 130 (Pogg. Ann. 54), Nr. 11. Johann Ambrosius Barth, Leipzig 1841, S. 417–430, doi:10.1002/andp.18411301109 (online bei Gallica, Bibliothèque nationale de France). 
3. ↑ ^{a b} Bunsen's verbesserte Kohlenbatterie und einige Versuche mit derselben. In: Annalen der Physik und Chemie. 136 (Pogg. Ann. 60), Nr. 11, 1843, S. 402–405, doi:10.1002/andp.18431361110 (online bei Gallica, Bibliothèque nationale de France). 
4. ↑ ^{a b c} William B. Jensen: The Grove and Bunsen Cells. Notes from the Oesper Collections (= Notes from the Oesper Collections. Nr. 23). 29. Oktober 2013 (englisch, online bei Digital Collection and Repositories, University of Cincinnati Libraries [PDF; abgerufen am 1. April 2019]). 
5. ↑ John T. Stock: Bunsen's Batteries and the Electric Arc. In: American Chemical Society ACS (Hrsg.): Journal of ChemicalEducation. Band 72, Nr. 2. ACS Publications, Februar 1995, ISSN 0021-9584, S. 99–102, doi:10.1021/ed072p99. 
6. ↑ Théodore Achille Louis du Moncel, Robert Routledge: Electric lighting. London 1883, S. 28 (englisch, archive.org): “inodorous by hermetically clsoing” 
7. ↑ Robert Bunsen, Henry Roscoe: Photochemische Untersuchungen. Zweite Abhandlung. Maaßbestimmungen der chemischen Wirkungen des Lichts. In: Johann Christian Poggendorff (Hrsg.): Annalen der Physik und Chemie. Band 176, Nr. 1. Johann Ambrosius Barth, Leipzig 1857, S. 43–88, doi:10.1002/andp.18571760104 (online bei Gallica, Bibliothèque nationale de France). 
8. ↑ Robert Bunsen: Darstellung des Lithiums. In: Friedrich Wöhler, Justus Liebig, Hermann Kopp (Hrsg.): Annalen der Chemie und Pharmacie. Band 94, Nr. 1. C. F. Winter, Leipzig und Heidelberg 1855, S. 107–111, doi:10.1002/jlac.18550940112 (online im Internet Archive). 
9. ↑ Robert Bunsen: Notiz über die elektrolytische Gewinnung der Erd- und Alkalimetalle. In: Johann Christian Poggendorff (Hrsg.): Annalen der Physik und Chemie. Band 168, Nr. 8. Johann Ambrosius Barth, Leipzig 1854, S. 648–651, doi:10.1002/andp.18541680812 (online im Internet Archive). 
10. ↑ Hermann Kolbe: Zersetzung der Valeriansäure durch den elektrischen Strom. In: Friedrich Wöhler, Justus Liebig (Hrsg.): Annalen der Chemie und Pharmacie. Band 64, Nr. 3. C.F . Winter, Heidelberg 1848, S. 339–341, doi:10.1002/jlac.18480640346 (online bei der Bayerischen Staatsbibliothek BSB). 
11. ↑ Hermann Kolbe: Untersuchungen über die Elektrolyse organischer Verbindungen. In: Friedrich Wöhler, Justus Liebig (Hrsg.): Annalen der Chemie und Pharmacie. Band 69, Nr. 3. C. F. Winter, Heidelberg 1849, S. 257–294, doi:10.1002/jlac.18490690302 (online im Internet Archive [abgerufen am 31. Juli 2016]): „durch die elektrolytischen Zersetzungen organischer Verbindungen über ihre chemische Constitution wichtige Aufschlüsse zu erhalten.“ 
12. ↑ Henri Moissan: Action d'un courant électrique sur l'acide fluorhydrique anhydre. In: Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences. Band 102. Gauthier-Villars, Paris Januar 1886, S. 1543–1544 (online bei Gallica). 
13. ↑ Théodore Achille Louis du Moncel: L’Eclairage Electrique. Paris 1879, S. 282 (französisch, Online [abgerufen am 1. April 2019] online (englische Übersetzung, S. 289)). 
14. ↑ Massimo Guarnieri: Switching the Light: From Chemical to Electrical [Historical]. In: IEEE Industrial Electronics Magazine. Band 9, Nr. 3, September 2015, ISSN 1932-4529, S. 44–47, doi:10.1109/MIE.2015.2454038 (ieee.org). 
15. ↑ Théodore Achille Louis du Moncel: L’Eclairage Electrique. Paris 1879, S. 28–29 (französisch, online [abgerufen am 14. April 2019] (französisch), online (englische Übersetzung, S. 29)): « in units of electromotive force or in volts from 1.888 to 1.964 »