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ChemikalienGHS-Symbole

Salzsäure, c = 1 mol/L - ACHTUNG

H290

Kaliumbromid - ACHTUNG

H319
P305+P351+P338

Kaliumnitrat - ACHTUNG

H272
P210, P221

Eine photogalvanische Zweitopf-Zelle wird aus einer Flachküvette, einem Becherglas und einer Salzbrücke zusammengebaut. In der Flachküvette befinden sich Kaliumbromid-Lösung, c = 1 mol/L, und eine Photoelektrode (vgl. Hinweis), im Becherglas Salzsäure, c = 1 mol/L, und eine Platin-Elektrode. Als Salzbrücke zwischen den beiden Halbzellen kann vereinfachend ein mit gesättigter Kaliumnitrat-Lösung getränkter Filterpapierstreifen genutzt werden. Die Photoelektrode wird mit dem Minuspol eines Digitalvoltmeters verbunden, die Platinelektrode mit dem Pluspol. Die Photoelektrode wird in 5 Intervallen (jeweils ca. 20 s Licht, ca. 20 s abgedunkelt) mit einer 300 Watt Ultravitalux-Lampe aus ca. 15 cm Entfernung bestrahlt und dabei werden die Spannung U und die Stromstärke I gemessen.

  • Bei Bestrahlung misst man Spannungen von bis zu U = 450 mV, jedoch nur sehr geringe Stromstärken I im Mikroampere-Bereich. Wird die Photoelektrode z. B. mit einer Pappe abgedunkelt, so bricht die Spannung zusammen, sinkt jedoch nicht bis auf null.

Um die chemischen Vorgänge in der photogalvanischen Zweitopf-Zelle zu untersuchen werden die beiden Elektroden im äußeren Stromkreis mithilfe eines Kabels kurzgeschlossen und die Photoelektrode wird ca. 20 min lang kontinuierlich bestrahlt.

  • In der Halbzelle mit der Photoelektrode lässt sich danach mithilfe von Kaliumiodid/Stärke-Lösung elementares Brom nachweisen (Blaufärbung). An der Platinelektrode hat sich gleichzeitig elementarer Wasserstoff gebildet. Er ist manchmal als winzige Bläschen zu erkennen. Er kann aber immer mithilfe einer Halbzelle aus Kupfer und Kupfersulfat-Lösung indirekt nachgewiesen werden. Wird die Halbzelle mit der Salzsäure und der Platinelektrode mit der Halbzelle aus Kupfer und Kupfersulfat-Lösung zu einer galvanischen Zelle mit der Platinelektrode als Minuspol kombiniert, so misst man einen Wert, der nahe bei U = 0,35 V, also dem Standardpotential des Redox-Paars Cu(s)/Cu2+(aq) liegt. Das bedeutet, dass die Platinelektrode aus photogalvanischen Zelle nach der 20-minütigen Bestrahlung zu einer Standard-Wasserstoffhalbzelle mit der Redox-Paar H2(g)/2H+ geworden ist.

Als Photoelektroden werden in diesem und in anderen Versuchen mit photogalvanischen und photoelektrochemischen Zellen mit Titandioxid (Anatas) beschichtete ITO- oder FTO-Glasplatten verwendet. Details zur Herstellung der Photoelektroden finden sich auf den Seiten der Wuppertaler Chemiedidaktik.