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[[Datei:Voltametro a rame.png|mini|Kupfercoulometer mit drei rechteckigen Kupferplatten in einem rechteckigen Glasgefäß. Die beiden äußeren Kupferplatten sind elektrisch miteinander verbunden, die innere Platte ist die Kathode, d. h. mit dem Minuspol verbunden.]]
Das '''Kupfercoulometer''' ist – wie alle [[Voltameter|Coulometer]] – ein historisches Gerät, mit dessen Hilfe [[elektrische Ladung]]en und konstante [[Stromstärke]]n im [[Gleichstrom]]kreis bestimmt wurden. Es wurde in der Zeit ab etwa 1880 bis nach der Mitte des 20. Jahrhunderts<ref name="Kortüm" /> häufig benutzt. Insbesondere wurden Kupfercoulometer für größere Stromstärken benutzt, für die die genaueren [[Silbercoulometer]] geeigneter Größe sehr teuer gewesen wären. Wie alle Coulometer hat das Kupfercoulometer heute kaum mehr eine praktische Bedeutung, es wird nur noch für Schulungen verwendet.<ref>Uni Saarbrücken: {{Webarchiv|url=http://www.uni-saarland.de/fak8/springborg/lehre/lab/10.pdf |wayback=20160304192522 |text=Versuchsanleitung Leitfähigkeit von Elektrolyten }} (PDF; 501 kB)</ref><ref>Uni Basel: [https://ap.physik.unibas.ch/PDF/Manuals/German/IIE3.pdf Modul Elektrizitätslehre II, Faraday-Konstante] (PDF; 106 kB), abgerufen am 1. August 2016.</ref>

== Funktion ==
Das Kupfercoulometer enthält mindestens zwei [[Kupfer]]bleche oder -platten als [[Elektrode]]n, welche sich in einer leicht sauren [[Kupfer(II)-sulfat]]-[[Lösung (Chemie)|Lösung]] befinden. Durch den [[Stromfluss]] durch die [[Reihenschaltung|in Reihe geschaltete]] Zelle wird Kupfer an der positiven Kupferelektrode ([[Anode]]) aufgelöst, und an der Kupfer-[[Kathode]] kommt es zur [[Metallabscheidung|Abscheidung]] von Kupfer aus der Lösung. Aus der mit einer Waage ermittelten [[Masse (Physik)|Massen]]<nowiki></nowiki>änderung der getrockneten Kupferelektroden kann die Gesamtmenge an übertragener elektrischer Ladung berechnet werden. Bei konstanter Stromstärke wird diese aus der bekannten Elektrolysedauer berechnet.

Der [[Elektrolyt]] bestand zumeist aus 150 g [[Kupfersulfat]], 50 g [[Schwefelsäure]], 50 g [[Ethanol]] und 1000 g [[Wasser]].<ref name="Datta" />

== Historisches ==
Das Kupfercoulometer, im 19. Jahrhundert '''Kupfervoltameter''' genannt, war in Deutschland spätestens 1883<ref name="Hammerl" /> bekannt, in England spätestens 1886.<ref name="Gray" /> Die oben angegebene Elektrolytzusammensetzung wurde 1893 in einer Veröffentlichung von Felix Oettel empfohlen;<ref name="Datta" /><ref>{{Literatur |Autor=Felix Oettel |Titel=Chemiker-Zeitung |Band=17 |Datum=1893 |Seiten=543, 577}}</ref> der Elektrolyt aus [[Kupfersulfat]] CuSO4, [[Schwefelsäure]] H2SO4, [[Ethanol]] C2H5OH und [[Wasser]] H2O wird daher auch '''Oettelsche Lösung''' genannt.<ref>{{Literatur |Autor=Konrad Norden |Hrsg=Viktor Engelhardt |Titel=Oettelsche Lösung. |Sammelwerk=Elektrolytische Zähler |Reihe=Monographien über angewandte Elektrochemie |BandReihe=31 |Verlag=Knapp |Ort=Halle a. S. |Datum=1908 |Seiten=37 |Online=[https://delibra.bg.polsl.pl/Content/25703/BCPS_29269_1908_Elektrolytische-Zahl.pdf delibra.bg.polsl.pl] |Format=PDF |KBytes= |OCLC=248771234}}</ref>

== Varianten ==
Als Kathode, auf der das Kupfer abgeschieden wurde, wurde für genauere Messungen auch [[Platin]][[blech]] benutzt.<ref name="Auerbach" />

Insbesondere bei großen Strömen ist es vorteilhaft, ein Kathodenblech aus [[Edelstahl]] zu verwenden, da dieses das Gewicht des abgeschiedenen Kupfers besser tragen kann, und da es möglich ist, das abgeschiedene Kupfer vom Stahl abzuziehen und zusammengefaltet zu wiegen.<ref name="Schlain,Kenahan" />

== Reaktionsgleichungen ==
; Anode (Pluspol, [[Oxidation]]):
:<math>\mathrm{Cu \longrightarrow Cu^{2+} + 2 \ e^- \qquad bzw. \qquad Cu_{(s,Anode)} + SO_4^{2-} \longrightarrow CuSO_{4 (aq)} + 2 \ e^-}</math>
; Kathode (Minuspol, Reduktion):
:<math>\mathrm{Cu^{2+} + 2 \ e^- \longrightarrow Cu \qquad bzw. \qquad CuSO_{4 (aq)} + 2 \ e^- \longrightarrow Cu_{(s,Kathode)} + SO_4^{2-}}</math>
; Gesamtvorgang:
:<math>\mathrm{Cu_{Anode} \longrightarrow Cu_{Kathode}}</math>
Die Gesamtkonzentration der Lösung und die Gesamtmasse an Kupfer ändern sich nicht.

== Ladungsberechnung ==
Nach den [[Faradaysche Gesetze|Faradayschen Gesetzen]] ist die übertragene elektrische Ladung ''Q'' der Massenänderung [[proportional]]:

:<math>Q = \frac{ \Delta\ m \cdot z \cdot F}{M} = \frac{ \Delta\ m}{\ddot A_e}</math>

mit
: Δ''m'': Masseänderung der Kupfer-Kathode, ermittelt mit einer möglichst genauen Waage
: ''z'': [[Äquivalentzahl|Anzahl übertragener Elektronen pro Teilchen]]; für Cu/Cu2+ ist ''z'' = 2.
: ''F'': [[Faraday-Konstante]] (≈ 96.485,3 [[Coulomb|As]]/[[mol]])
: ''M'': [[molare Masse]]; für Kupfer: ''M'' = 63,546 g/mol
: ''Ä''e: [[Elektrochemisches Äquivalent]], ''Ä''e = ''M/(z·F)''; für Kupfer: ''Ä''e = 0,3293 mg/As.

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="Auerbach">
{{Literatur
|Autor=Felix Auerbach
|Hrsg=Adolph August Winkelmann
|Titel=Strommessung
|Sammelwerk=Handbuch der Physik
|Band=4
|Auflage=2.
|Verlag=J. Barth
|Ort=Leipzig
|Datum=1905
|Seiten=310
|Online=[http://archive.org/stream/handbuchderphys15unkngoog#page/n328/mode/2up Internet Archive]}}
</ref>
<ref name="Datta">
{{Literatur
|Autor=A. K. Datta, N. Dhar
|Titel=Accuracy of copper voltameters
|Sammelwerk=Journal of the American Chemical Society
|Band=38
|Nummer=6
|Datum=1916
|Seiten=1156–1160
|DOI=10.1021/ja02263a002}}
</ref>
<ref name="Gray">
{{Literatur
|Autor=Thomas Gray
|Titel=On the Electrolysis of Silver and of Copper, and the Application of Electrolysis to the Standardizing of Electric Current- and Potential-meters
|Sammelwerk=The London, Edinburgh and Dublin philosophical magazine and journal of science
|Band=22
|Nummer=138
|Datum=1886
|Seiten=389–414
|Online=[http://archive.org/stream/londonedinbur5221886lond#page/388/mode/2up Internet Archive]}}
</ref>
<ref name="Hammerl">
{{Literatur
|Autor=Hermann Hammerl
|Hrsg=Elektrotechnischer Verein Berlin
|Titel=Studie über das Kupfervoltameter
|Sammelwerk=Elektrotechnische Zeitschrift,
|Band=4
|Nummer=12
|Verlag=Julius Springer
|Ort=Berlin
|Datum=1883
|Online=[http://archive.org/stream/elektrotechnisc03elekgoog#page/n515/mode/2up Internet Archive]}}
</ref>
<ref name="Kortüm">
{{Literatur
|Autor=[[Gustav Kortüm]]
|Titel=Lehrbuch der Elektrochemie
|Verlag=Verlag Chemie
|Ort=Weinheim
|Datum=1952}}
</ref>
<ref name="Schlain,Kenahan">
{{Literatur
|Autor=David Schlain, Charles B. Kenahan
|Titel=A copper coulometer for use with large currents
|Sammelwerk=Journal of Chemical Education
|Band=35
|Nummer=3
|Datum=1958
|Seiten=144
|DOI=10.1021/ed035p144}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Elektrochemie]]
[[Kategorie:Historisches elektrotechnisches Messgerät]]

Kupfercoulometer - Versionsgeschichte

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