Salzbrücke
Ionenleiter zwischen verschiedenen Elektrolyten Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
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Eine Salzbrücke, auch Ionenbrücke, Elektrolytbrücke oder Stromschlüssel genannt, dient als ionenleitende Verbindung zwischen Elektrolyt-Lösungen. Sie ermöglicht den freien Fluss von Ionen zwischen verbundenen Systemen. Im Falle eines aus zwei Halbzellen bestehenden galvanischen Elementes verhindert die Salzbrücke den Aufbau von Ladung in den Halbzellen, welche den Stromfluss ansonsten frühzeitig zum Erliegen bringen würde.
Generell werden Salzbrücken oder ihre Alternativen verwendet, wenn mehrere Systeme zwar miteinander verbunden sein sollen, die freie Diffusion der Teilchen zwischen den Systemen jedoch minimiert werden soll.
Der Elektrolyt in Salzbrücken ist eine konzentrierte Salzlösung. Bei der Auswahl des Salzes für die Strombrücke ist zu beachten, dass sein Anion und sein Kation möglichst ähnliche Überführungszahlen besitzen. Dies ist vor allem bei Kaliumchlorid der Fall, aber auch Kaliumnitrat und Ammoniumnitrat werden verwendet. Außerdem darf es nicht mit den zu verbindenden Elektrolyten reagieren.
Die wichtigste Anwendung von Salzbrücken liegt in der Analytik, genauer der Elektroanalytik,[1] z. B. der Anwendung elektrochemischer Sensoren: Für ein genaues Analysenergebnis ist es wichtig, dass die Verbindung zur Bezugselektrode Potentialmessungen nicht verfälscht.
Daneben dienen Salzbrücken auch zur Verbindung der Halbzellen von galvanischen Elementen.
In beiden Fällen gilt:
Als Salzbrücke dienen oft U-förmige Glasrohre (U-Rohre), die mit der konzentrierten Salzlösung gefüllt werden und deren Schenkel in die zu verbindenden Elektrolytlösungen tauchen; auch Kunststoff- oder Gummischläuche werden verwendet.
Die Lösung kann verdickt werden (z. B. mit Agar), wodurch verhindert wird, dass die Salzlösung sich mit den Kontakflüssigkeiten vermischt. Die Leitfähigkeit dieser Art von Salzbrücken nimmt mit steigender Konzentration der Salzlösung zu, bis ein Maximum erreicht wird, ab dem die Leitfähigkeit wieder absinkt. Außerdem steigt die Leitfähigkeit mit größer werdendem Durchmesser des U-Rohres. Luftblasen in der Salzbrücke verringern die Leitfähigkeit und sind daher zu vermeiden.
Wenn nur kleine Ströme auftreten, z. B. bei Potentialmessungen mit hochohmigen elektronischen Spannungsmessgeräten, können auch Filterpapierstreifen verwendet werden, die mit der konzentrierten Salzlösung getränkt sind und deren Enden in die zu verbindenden Elektrolytlösungen eintauchen. Die Leitfähigkeit dieser Art von Salzbrücken hängt auch von den Eigenschaften des Filterpapiers ab.
Zur Verbindung von Bezugselektroden wurden Salzbrücken verwendet, ohne diese so zu bezeichnen. So stellte Wilhelm Ostwald nach seinem 1893 veröffentlichtem Buch die Verbindung einer Kalomelelektrode zu den betrachteten Halbzellen her, indem er einen mit Kaliumchlorid gefüllten Gummischlauch verwendete.[2] Dieser hatte einen Quetschhahn und konnte so leicht verschlossen werden.[2]
Die Entdeckung, dass sich für Salzbrücken Kaliumchloridlösungen besser als die Lösungen anderer Salze eignen, wurde vom US-Amerikaner Olin Freeman Tower (1872–1945) gemacht, als er Student bei Ostwald in Leipzig war.[3] Er veröffentlichte seine Ergebnisse 1896.[4] In der zweiten Auflage von Ostwalds Buch „Hand- und Hülfsbuch zur Ausführung physiko-chemischer Messungen“ werden verschiedene Elektrolytbrücken vorgestellt, wobei diejenigen aus Glas mit dem Begriff „Heberrohr“ bezeichnet werden.[5] Daneben erwähnt Ostwald Dochte aus Baumwolle oder Asbest.[5] Niels Bjerrum berichtete 1905 über seine Messungen an Salzbrücken mit Kaliumchloridlösung.[6]
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