Mittels der Elektrolyse lässt sich die Elementarladung e = 1.6 · 10^ –19 C sehr einfach bestimmen. Man benötigt lediglich einen Glasbehälter, eine Kupfersulfatlösung, zwei Kupferelektroden, eine Feinwaage und eine Konstantstromquelle.
Das Kupfersulfat habe ich hier bestellt:
Die Feinwaage mit 1 mg-Auflösung kommt von Amazon:
Den Step-down-converter mit constant-current-mode hatte ich noch in meinem Bestand:
Hier habe ich zum Beispiel den Strom auf 0.3 A limitiert:
Wie sieht nun der gesamte Aufbau aus? Hierzu folgendes Schema:
An der Anode gehen Kupferionen in Lösung und geben je 2 Elektronen ab. An der Kathode nehmen die Kupferkationen (Cu2+) 2 Elektronen auf bilden Kupfer, welches sich dort abscheidet. Pro abgeschiedenen Kupferatom fließen 2 Elektronen mit der Ladung 2·e. Kennt man nun die Massenzunahme Δm an der Kathode, so kann man mit der Molmasse von Kupfer (63.546 g/mol) die Anzahl der abgeschiedenen Kupferatome nCu bestimmen. Demnach beträgt die insgesamt während der Zeit t geflossene Ladung Q = Stromstärke I · Zeit t = nCu · 2·e. Aus I, t und Δm lässt sich dann die Elementarladung e berechnen.
Inzwischen ist das Kupfersulfat angekommen. Und für die Kupferelektroden fand ich noch ein ausreichend großes Stück Blech in meinem Fundus.
Mittlerweile ist die Feinwaage angekommen und ich bin positiv überrascht angesichts des sehr geringen Preises von nicht einmal 20 Euro:
Eine 50g-Probemasse war ebenfalls enthalten:
Heute habe ich das Experiment durchgeführt. Zuerst habe ich rund 130 g Kupfersulfat in 500 ml destilliertem Wasser aufgelöst. Die Löslichkeit beträgt 317 g/Liter.
Danach habe ich die Kupferanode und -kathode mit meiner Milligramm-Waage gewogen:
Die Kathode wog vor dem Experiment 9.879 g.
Die Anode kam auf 9.266 g.
Den Step-down-Converter habe ich auf eine Strombegrenzung von I = 0.5 A eingestellt. Dabei sank die Spannung auf etwa 1.6 V:
Nach 1 h und 39 min beendete ich den Versuch:
Hier sieht man schön den dazugekommenen Kupferbelag auf der Kathode:
Die Kathode wog nun 10.838 g, also rund 1 g mehr als vor dem Experiment:
Die Anode wurde hingegen leichter:
Mit diesen Werten konnte dann die Elementarladung e bestimmt werden:
Vom Ergebnis war ich mehr als erstaunt. Mein Wert für die Elementarladung e weicht nur um 1.75 % vom Sollwert ab, Heureka 😉
Wenn man möchte kann man mit dem experimentell erhaltenen Wert für e noch die Faradaykonstante F = NA · e ermitteln, welche der elektrischen Ladung von genau 1 mol einfach geladener Ionen entspricht. Sie sollte 96485 Coulomb/mol betragen.
Das Youtube-Video reiche ich wie immer nach…
