Galvanische Zelle: Unterschied zwischen den Versionen
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Eine galvanische Zelle oder galvanisches Element ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie wird in Batterien und Akkumulatoren verwendet. | Eine galvanische Zelle oder galvanisches Element ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie wird in Batterien und Akkumulatoren verwendet. | ||
| − | Die Funktion der galvanischen Zelle beruht auf einer Redox-Reaktion. Die Reduktion läuft räumlich getrennt von der Oxidation in je einer Halbzelle (Halbelement) ab. Durch Verbinden der beiden Halbzellen mit einem Elektronenleiter | + | Die Funktion der galvanischen Zelle beruht auf einer Redox-Reaktion. Die Reduktion läuft räumlich getrennt von der Oxidation in je einer Halbzelle (Halbelement) ab. Durch Verbinden der beiden Halbzellen mit einem Kabel als Elektronenleiter sowie einem Ionenleiter wird der Stromkreis geschlossen. |
Der Name geht auf den italienischen Arzt Luigi Galvani zurück. | Der Name geht auf den italienischen Arzt Luigi Galvani zurück. | ||
| − | Beispiel: Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und Zinkelektrode in Zinksulfatlösung | + | Beispiel: Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und Zinkelektrode in Zinksulfatlösung. An der negativen Elektrode, hier die Zinkanode, gehen mehr Zn<sup>2+</sup>-Ionen in Lösung als sich Zn- Ionen wieder abscheiden. Da das Zinn Elektronen an die Elektrode abgibt, wenn es in Lösung geht, lädt sich die Elektrode negativ auf. |
| − | An der negativen Elektrode, hier die Zinkanode, gehen mehr Zn <sup>2+</sup> -Ionen in Lösung als sich Zn Ionen wieder abscheiden. Da das Zinn Elektronen an die Elektrode abgibt wenn es in Lösung geht lädt sich die Elektrode negativ auf. | + | An der Kupferkathode scheiden sich dagegen mehr Cu<sup>2+</sup>-Ionen an der Elektrode ab als in Lösung gehen. Da die Cu<sup>2+</sup>-Ionen zum Abscheiden zwei Elektronen verbrauchen, gibt es an der Kupferelektrode Elektronenmangel, sie lädt sich positiv auf. |
| − | An der Kupferkathode scheiden sich dagegen mehr Cu <sup>2+</sup> -Ionen an der Elektrode ab als in Lösung gehen. | ||
| − | Wenn | + | Wenn der positive Pol und der negative Pol elektrisch leitend verbunden werden, fließen Elektronen, also ein elektrischer Strom, von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Zwischen den beiden Elektrolyten findet der Ladungstransport durch Ionen statt. |
| − | In der Zinksulfatlösung entsteht allerdings ein Überschuss an Zn <sup>2+</sup> -Ionen und die Lösung lädt sich stark positiv auf, sodass nur noch so viele Zinkionen in Lösung gehen wie sich gleichzeitig an der Elektrode wieder abscheiden. Ähnliches passiert mit der Kupfersulfatlösung, nur dass sich hier die Lösung negativ aufläd. | + | In der Zinksulfatlösung entsteht allerdings ein Überschuss an Zn<sup>2+</sup>-Ionen und die Lösung lädt sich stark positiv auf, sodass nur noch so viele Zinkionen in Lösung gehen wie sich gleichzeitig an der Elektrode wieder abscheiden. Ähnliches passiert mit der Kupfersulfatlösung, nur dass sich hier die Lösung negativ aufläd. |
| − | Kupfersulfatlösung: c[ | + | Kupfersulfatlösung: c[SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>] >> c[Cu<sup>2+</sup>] |
Zinksulfatlösung: c[SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>] << c[Zn <sup>2+</sup>] | Zinksulfatlösung: c[SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>] << c[Zn <sup>2+</sup>] | ||
| − | Deswegen werden die Lösungen mit einer Ionenbrückeverbunden. So können die | + | Deswegen werden die Lösungen mit einer Ionenbrückeverbunden. So können die SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>-Ionen aus der Kupfer- in die Zinklösung wandern und die Zn<sup>2+</sup>-Ionen aus der Zink- in die Kupfersulfatlösung. Es findet ein Ladungsausgleich zwischen den zwei Lösungen statt und der Strom kann fließen. |
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Version vom 11. Februar 2008, 09:25 Uhr
Inhaltsverzeichnis
Galvanische Zelle
Eine galvanische Zelle oder galvanisches Element ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie wird in Batterien und Akkumulatoren verwendet. Die Funktion der galvanischen Zelle beruht auf einer Redox-Reaktion. Die Reduktion läuft räumlich getrennt von der Oxidation in je einer Halbzelle (Halbelement) ab. Durch Verbinden der beiden Halbzellen mit einem Kabel als Elektronenleiter sowie einem Ionenleiter wird der Stromkreis geschlossen. Der Name geht auf den italienischen Arzt Luigi Galvani zurück. Beispiel: Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und Zinkelektrode in Zinksulfatlösung. An der negativen Elektrode, hier die Zinkanode, gehen mehr Zn2+-Ionen in Lösung als sich Zn- Ionen wieder abscheiden. Da das Zinn Elektronen an die Elektrode abgibt, wenn es in Lösung geht, lädt sich die Elektrode negativ auf. An der Kupferkathode scheiden sich dagegen mehr Cu2+-Ionen an der Elektrode ab als in Lösung gehen. Da die Cu2+-Ionen zum Abscheiden zwei Elektronen verbrauchen, gibt es an der Kupferelektrode Elektronenmangel, sie lädt sich positiv auf.
Wenn der positive Pol und der negative Pol elektrisch leitend verbunden werden, fließen Elektronen, also ein elektrischer Strom, von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Zwischen den beiden Elektrolyten findet der Ladungstransport durch Ionen statt.
In der Zinksulfatlösung entsteht allerdings ein Überschuss an Zn2+-Ionen und die Lösung lädt sich stark positiv auf, sodass nur noch so viele Zinkionen in Lösung gehen wie sich gleichzeitig an der Elektrode wieder abscheiden. Ähnliches passiert mit der Kupfersulfatlösung, nur dass sich hier die Lösung negativ aufläd.
Kupfersulfatlösung: c[SO42-] >> c[Cu2+]
Zinksulfatlösung: c[SO42-] << c[Zn 2+]
Deswegen werden die Lösungen mit einer Ionenbrückeverbunden. So können die SO42--Ionen aus der Kupfer- in die Zinklösung wandern und die Zn2+-Ionen aus der Zink- in die Kupfersulfatlösung. Es findet ein Ladungsausgleich zwischen den zwei Lösungen statt und der Strom kann fließen.
Fragen
1) Ensteht in der Zinksulfatlösung oder in der Kupfersulfatlösung ein Überschuss an Ionen?
2) Was findet zwischen den beiden Lösungen statt?
3) Wie lädt sich die Kupferelektrode auf?
4) Wie lädt sich die Zinkelektrode auf?
Redoxpotentiale
Diese Tabelle zeigt die Redoxpotentiale der wichtigsten Metalle sowie von Wasserstoff und Fluor.
Definition Redoxpotentiale
Redoxpotential = ein Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, Elektronen abzugeben.
Hohes (negatives) Redoxpotential: der Stoff gibt gerne Elektonen ab.
Niedriges (positives) Redoxpotential: der Stoff gibt Elektronen gar nicht gerne ab, im Gegenteil, er nimmt lieber Elektronen auf
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--Franzi g 08:16, 14. Jan 2008 (CET)
