Voltasche Säule

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Schematischer Aufbau einer Voltaschen Säule

Die Voltasche Säule oder auch Voltasäule ist eine von Alessandro Volta 1799/1800 entwickelte Anordnung, die als Vorläuferin heutiger Batterien im 19. Jahrhundert eine große Bedeutung als Stromquelle hatte. Sie besteht aus vielen übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplättchen, zwischen denen sich in bestimmter regelmäßiger Folge elektrolytgetränkte Papp- oder Lederstücke befinden. Statt Kupfer wurde auch Silber, statt Zink auch Zinn verwendet.

Ein einzelnes Element der Voltaschen Säule besteht beispielsweise aus einer Kupferfolie, einer Elektrolytschicht und einer Zinkfolie. Es liefert nur eine geringe Spannung, weshalb in der Säule viele solcher Elemente übereinander gestapelt sind. Dabei ergibt sich die Stapelfolge Kupfer - Elektrolyt - Zink - Kupfer - Elektrolyt - Zink, d.h. Kupfer und Zink wechseln sich ab und der Elektrolyt befindet sich in diesem Beispiel immer zwischen Kupfer und Zink, aber nicht zwischen Zink und Kupfer.

[Bearbeiten] Bedeutung

Die voltasche Säule wurde angeblich als die bedeutendste Erfindung aller Zeiten eingestuft, da sie als erste brauchbare kontinuierliche Stromquelle - lange vor der Erfindung des Elektrischen Generators - die Erforschung der Elektrizität ermöglichte. Damit kann argumentiert werden, dass die Voltasche Säule sowohl der Elektrotechnik als auch der Elektronik und vielen weiteren technischen Bereichen, beispielsweise der Galvanik, den Weg bereitet hat. Sie war die erste bedeutende Batterie der Neuzeit und ermöglichte die Entdeckung der Elektrolyse und damit die erstmalige Herstellung vieler unedler Elemente, insbesonders der Metalle Natrium, Kalium, Barium, Strontium, Kalzium und Magnesium durch Humphry Davy in den Jahren 1807 und 1808.

[Bearbeiten] Historisches

Am 20. März 1800 schrieb Volta an die Royal Society in London und beschrieb seine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischem Strom.

[Bearbeiten] Funktionsweise

Bei der Voltaschen Säule handelt es sich um eine Reihe von hintereinander geschalteten Galvanische Zellen. Am negativen Pol, der hier Anode ist, da hier die Oxidation stattfindet, geht das unedlere Metall in Lösung: Das Zinkplättchen löst sich auf:

${\rm Zn \longrightarrow Zn^{2+} + 2e^- }$

Jedes Zinkatom, das als Zinkion in Lösung geht, gibt zwei Elektronen ab; in der Zinkelektrode entsteht so ein Elektronenüberschuss, weshalb sie den negativen Pol bildet.

An der positiven Elektrode, der Kathode, da hier die Reduktion stattfindet, sind mehrere Reaktionen möglich. Handelt es sich um Kupferplatten, die nicht poliert wurden, sind sie mit einer Oxidschicht bedeckt. Dann läuft zunächst die Reaktion

${\rm Cu^{2+} + 2e^-\longrightarrow Cu }$

ab. Diese kann auch erfolgen, wenn das Kupfer aufgrund der Anwesenheit von Luftsauerstoff in Lösung gegangen ist. Die Voltasche Säule funktioniert aber auch, wenn poliertes Kupfer oder Silber als Elektroden verwendet werden, wenn also gar keine Kupfer- oder Silberionen vorhanden sind. Dann wird Sauerstoff aus der Luft am Kupfer oder Silber reduziert:

${\rm O_2 + 4e^- + 2 H_2O \longrightarrow 4 OH^- }$

Verwendet man an Stelle eines neutralen Elektrolyten (z.B. Salzwasser) einen sauren (z.B. Essig oder verdünnte Schwefelsäure oder Salzsäure), so werden am Kupfer bzw. Silber Wasserstoffionen reduziert:

${\rm 2 H^{+} + 2e^-\longrightarrow H_2 }$

Die Wasserstoffentwicklung erfolgt nicht an der Zinkelektrode, weil Wasserstoff an Zink eine deutlich größere Überspannung hat als an Kupfer oder Silber.