MKL1888:Polarisation, galvanische

[165] Polarisation, galvanische. Leitet man den Strom einer galvanischen Batterie mittels zweier mit den Poldrähten verbundener Platinplatten durch verdünnte Schwefelsäure, so scheidet sich an der negativen Polplatte Wasserstoffgas, an der positiven Sauerstoffgas ab (s. Elektrolyse). Unterbricht man nun den Strom der Batterie und setzt die beiden Platinplatten unter sich durch einen Schließungsbogen in leitende Verbindung, so zeigt ein in diesen Schließungsbogen eingeschaltetes Galvanometer (s. d.) einen elektrischen Strom an, welcher innerhalb der Flüssigkeit dem ursprünglich durchgeleiteten Strom entgegengesetzt gerichtet ist. Die negative Platte hatte sich nämlich mit einer Schicht Wasserstoffgas, welches elektropositiv ist, die positive Platte mit einer Schicht elektronegativen Sauerstoffs bedeckt; sobald der ursprüngliche Strom unterbrochen und eine äußere leitende Verbindung zwischen den beiden Platten hergestellt ist, können die beiden ausgeschiedenen Gase ihrer Neigung, in ihre frühere Verbindung zurückzutreten, wieder folgen, und es stellt sich in der Flüssigkeit zwischen den beiden Polplatten derselbe Bewegungszustand her, welcher vorher bei der Zersetzung den Durchgang des Stroms vermittelte (vgl. Elektrolyse), nur in entgegengesetzter Richtung; es entsteht also ein dem ursprünglichen Strom entgegengesetzter elektrischer Strom, welcher so lange andauert, bis die beiden Gase sich wieder miteinander verbunden haben. Während dieses Vorganges verhält sich der Zersetzungsapparat wie ein galvanisches Element (s. Galvanische Batterie), in welchem die beiden mit Wasserstoff und Sauerstoff beladenen Platinplatten die Rolle des positiven und des negativen Metalls spielen. Um diesen ihren Gegensatz zu bezeichnen, nennt man die in diesem Zustand befindlichen Platten polarisiert und den Strom, zu welchem sie Anlaß geben, den Polarisationsstrom. Man kann aus solchen polarisierten Plattenpaaren von gleichem Metall, indem man sie wie in der Voltaschen Säule miteinander verbindet, wirksame Batterien zusammenstellen, welche man Ladungssäulen (sekundäre Säulen) nennt, weil sie nach ihrer mehr oder weniger raschen Erschöpfung mittels Durchleitens eines von einer gewöhnlichen galvanischen Batterie gelieferten Stroms immer wieder von neuem „geladen“ werden müssen. Vgl. Galvanische Batterie.

Die „elektromotorische“ Kraft, welche den Polarisationsstrom in Bewegung setzt, entspringt aus dem Verbindungsbestreben der im Zersetzungsgefäß an dessen Platten abgeschiedenen Bestandteile; sie besteht nicht nur nach dem Aufhören des ursprünglichen Stroms, sondern ist auch während seiner Dauer unausgesetzt thätig. Schaltet man daher in den Schließungskreis einer galvanischen Batterie ein Zersetzungsgefäß ein, so wird der Strom nicht nur deswegen geschwächt, weil der Leitungswiderstand durch Einschalten einer Flüssigkeitsschicht sich vergrößert hat, sondern auch, weil die elektromotorische Kraft der im Zersetzungsgefäß auftretenden Polarisation der elektromotorischen Kraft der Batterie entgegenwirkt. Da der elektrische Strom nicht nur durch den Schließungskreis, sondern auch durch die Flüssigkeit eines jeden Elements der Batterie geht, so wird auch diese Flüssigkeit zersetzt, und die Gegenkraft der Polarisation macht sich daher in jedem galvanischen Element geltend. Betrachten wir z. B. eine Zink- und eine Platinplatte (Smeesches Element), welche in ein Gefäß mit verdünnter Schwefelsäure tauchen; wenn der Strom geschlossen ist, wird die Schwefelsäure zersetzt, ihr Wasserstoff scheidet sich an der Platinplatte aus, der Schwefelsäurerest verbindet sich mit dem Zink zu Zinkvitriol, welches Salz sich in der Flüssigkeit auflöst. Diese Bildung von Zinkvitriol ist die Quelle der elektromotorischen Kraft, welche in der Flüssigkeit einen elektrischen Strom in der Richtung von der Zink- zur Platinplatte in Bewegung setzt, während die Neigung des ausgeschiedenen Wasserstoffs, in seine ursprüngliche Verbindung [166] mit dem Schwefelsäurerest zurückzutreten, jener Kraft als Polarisation entgegenwirkt und einen Strom in entgegengesetzter Richtung hervorzurufen bestrebt ist. Das Plattenpaar wird daher, bald nachdem es in Thätigkeit gesetzt ist, nur einen schwachen Strom liefern, welcher dem Unterschied dieser beiden Kräfte entspricht. Nur unmittelbar nach dem Eintauchen der Platten beobachtet man eine bedeutend größere Stromstärke, weil der in der Flüssigkeit absorbierte atmosphärische Sauerstoff sich mit dem frei werdenden Wasserstoff sofort zu Wasser verbindet und dessen Ausscheidung und somit auch die Polarisation verhindert. Sobald dieser absorbierte Sauerstoff aufgezehrt ist, sinkt der Strom auf die jenem Unterschied entsprechende viel geringere Stärke herab und hört endlich ganz auf, wenn sich aus dem gebildeten Zinkvitriol metallisches Zink auf der Platinplatte abzusetzen beginnt. Die Zusammenstellung Zink-Schwefelsäure-Platin oder das Smeesche Element bezeichnet man daher als ein unbeständiges (inkonstantes) Element, weil sein Strom die anfängliche Stärke nicht behält, sondern sehr rasch abnimmt. Um diese durch die Polarisation bewirkte Abnahme möglichst zu vermeiden, braucht man nur dafür zu sorgen, daß um die Platinplatte herum Sauerstoff verfügbar sei, welcher, indem er sich mit dem Wasserstoff verbindet, dessen Ausscheidung verhindert. Dies geschieht, indem man die Platinplatte nicht unmittelbar in die verdünnte Schwefelsäure stellt, sondern sie mit einer porösen Thonzelle umgibt, welche konzentrierte Salpetersäure enthält. Diese an Sauerstoff reiche Säure besitzt nämlich die Eigenschaft, einen Teil ihres Sauerstoffs an solche Stoffe, welche mit ihm in Verbindung zu treten fähig sind (z. B. Wasserstoff), sehr leicht abzugeben. Die Zusammenstellung Zink in verdünnter Schwefelsäure, Platin in konzentrierter Salpetersäure bildet daher ein konstantes (beständiges) Element (das Grovesche, s. Galvanische Batterie), welches einen konstanten Strom liefert, der seine ursprüngliche Stärke längere Zeit unverändert beibehält. In derselben Weise wirkt die Salpetersäure in dem Bunsenschen Element, welches sich von dem Groveschen dadurch unterscheidet, daß Kohle die Stelle des Platins vertritt. In dem sehr konstanten Daniellschen Element (Zink in verdünnter Schwefelsäure, Kupfer in Kupfervitriollösung) ist die Polarisation dadurch vermieden, daß der Wasserstoff unter Schwefelsäurebildung aus dem schwefelsauren Kupfer metallisches Kupfer abscheidet, welches sich statt des Wasserstoffs auf der Kupferplatte absetzt.