Konzentrationselemente und ihre Besonderheiten

Konzentrationselemente sind galvanische Zellen, bei denen beide Halbzellen aus dem gleichen Metall und der gleichen Elektrolytlösung bestehen, jedoch in unterschiedlichen Konzentrationen.

Definition: Ein Konzentrationselement nutzt den Konzentrationsunterschied eines Elektrolyten in zwei Halbzellen zur Stromerzeugung.

Aufbau eines typischen Konzentrationselements:

• Zwei Zinkelektroden
• Zwei Zinksulfat-Lösungen unterschiedlicher Konzentration
• Getrennt durch ein Diaphragma

Die Funktionsweise basiert auf dem Prinzip von Le Chatelier:

• Auf der Seite mit der niedrigeren Konzentration gehen mehr Metallatome in Lösung.
• Dies führt zu einem Elektronenfluss von der Seite mit der höheren zur Seite mit der niedrigeren Konzentration.

Highlight: Konzentrationselemente demonstrieren, wie Konzentrationsunterschiede in elektrochemische Energie umgewandelt werden können.

Spannung Galvanischer Zellen und Berechnung

Die Spannung einer galvanischen Zelle, auch Zellspannung genannt, ergibt sich aus der Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode. Sie kann unter Standardbedingungen wie folgt berechnet werden:

ΔE = E°(Kathode) - E°(Anode)

Example: Für ein Daniell-Element (Zn/Zn²⁺//Cu²⁺/Cu) beträgt die Standardzellspannung: ΔE = 0,34 V - (-0,76 V) = 1,1 V

Für Bedingungen außerhalb des Standardzustands wird die Nernst-Gleichung verwendet:

E = E° + 0,059 V · lg [Ox]/[Red]

Highlight: Die Nernst-Gleichung ermöglicht die Berechnung der Zellspannung unter verschiedenen Konzentrationsbedingungen.

Die elektrochemische Spannungsreihe gibt einen Überblick über die Standardpotentiale verschiedener Redoxpaare. Sie hilft bei der Vorhersage, ob eine Redoxreaktion spontan abläuft.

Vocabulary: Die Bergab-Regel besagt, dass das in der Spannungsreihe höher stehende Reduktionsmittel immer das tiefer stehende Oxidationsmittel reduziert.