Obstbatterie aus Zitronen

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Obstbatterie ZitronenbatterieIn diesem einfachen physikalischen Versuch kann man selber ein galvanisches Element bauen. Es wird dazu lediglich ein Stück Blech aus einem edlen und einem unedlen Metall benötigt und natürlich ein Stück Obst. Bei einer galvanische Zelle bzw. einem galvanisches Element wird chemische in elektrische Energie umgewandelt.

Was wird gebraucht?

  • Obst: z.B. Zitrone, Apfel, Kartoffel, Kiwi oder Grapefruit
  • Zinkblech (Fläche ca. 3 bis 4 Quadratzentimeter), dicker Zinkdraht oder ein Zinknagel
  • Kupferblech (Fläche ca. 3 bis 4 Quadratzentimeter), dicker Kupferdraht oder eine Kupfermünze (z.B. 1-, 2- oder 5-Cent Münze)
  • mindestens zwei Drähte mit Krokodilklemmen (oder auch ohne)
  • Spannungsmesser/analoges Multimessgerät (bis ca. 1 Volt) oder eine Uhr bzw. ein Birnchen, das sich mit wenig Strom betreiben lässt

Was ist zu tun?

Obstbatterie Zitronenbatterie

Versuchsaufbau mit zwei Zitronen

Für diesen physikalischen Versuch rollt und presst man zunächst  die Zitronen mit der Hand auf einer Tischplatte hin und her. Danach wird in jede Zitrone ein Kupfer- und ein Zinkelement gesteckt (siehe Fotos) und diese über die Drähte verbunden.

Hat man keinen Draht mit Krokodilklemmen zur Hand, kann man auch einfachen Draht nehmen, an dessen Enden man jedoch die isolierende Schicht entfernen muss.

Dies macht man, indem man den Draht am Ende mit einer Schere und einer drehenden Bewegung bis zum Kupfer einschneidet und die isolierende Schicht dann abzieht. Die Enden des so präparierten Kabels klebt man mit Klebeband an das Zink- bzw. Kupferelement.

Danach kann man mit dem Spannungsmessgerät zwischen den beiden Blechen eine Spannung von ca. 0,5 V abgreifen und einen Strom von ca. 0,1 mA messen.

Für größere Spannungen versieht man mehrere Zitronen mit je einem Zink- und Kupferelement und verbindet diese (s. Fotos mit zwei Zitronen). Man hat dann eine Reihenschaltung, in der sich die einzelnen Spannungen addieren.

Obstbatterie Zitronenbatterie

Versuchsaufbau mit einer Zitrone, Münze und Nagel

Was ist geschehen?

Eine Zitrone enthält wie auch andere Obst- und Gemüsesorten Ionen. Darunter versteht man Atome, die elektrisch geladen sind. Hat ein solches Atom zu viele Elektronen, ist es negativ geladen. Besitzt es zu wenig Elektronen, ist es positiv geladen.

Ionen sind immer bestrebt, entweder die ihnen fehlenden Elektronen aufzunehmen oder, das was sie an Elektronen zuviel haben, abzugeben.

  • Das Zink ist bestrebt Elektronen abzugeben, während die Ionen im Zitronensaft Elektronen aufnehmen.
  • Am Kupferblech lagern sich positiv geladene Ionen aus dem Zitronensaft an. Sie nehmen Elektronen von den Kupferatomen auf.

Das Zink- bzw. Kupferelement werden die Elektroden genannt. Damit es zum Austausch von Elektronen kommt, braucht es also folgendes:

  • einen Pluspol (das Kupfer), das Elektronen aufnimmt
  • einen Minuspol (das Zink), das Elektronen abgibt
  • einen Leiter (der Draht), durch die Elektronen vom Zink zum Kupfer wandern können
  • und einen Elektrolyt (der Zitronensaft), in dem die Ionen gelöst sind.

Das Rollen und Pressen erleichtert die Wanderung  der Ionen im Elektrolyten. Die Reaktion kommt zum Stillstand, wenn entweder keine Ionen mehr vorhanden sind bzw. deren Konzentration zu niedrig wird oder wenn die Bleche mit Fremdatomen überzogen sind.

Die ersten bekannten Experimente zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie machten die italienischen Physiker Luigi Galvani (1737-1798) und Alessandro Volta (1745-1827). Für das erste galvanische Element verwendete Volta 1794 ebenfalls Kupfer- und Zinkelektroden sowie eine verdünnte Säure als Elektrolyt.

Achtung: Nach dem Experimentieren ist das Obst nicht mehr zum Verzehr geeignet, da es Metallionen enthält.