Redoxreaktionen und Metallreaktivität

Wie funktioniert eine Batterie Physik basiert auf dem Prinzip der Redoxreaktion. Dabei werden Elektronen zwischen verschiedenen Stoffen ausgetauscht.

Example: Bei der Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff gibt Magnesium Elektronen ab (Oxidation) und Sauerstoff nimmt sie auf (Reduktion).

Die Reaktivität von Metallen spielt eine wichtige Rolle in elektrochemischen Prozessen:

Definition: Unedle Metalle sind leicht oxidierbar und geben Elektronen leicht ab. Sie fungieren als starke Reduktionsmittel.

Es gibt eine Reihenfolge der Metallreaktivität, die als elektrochemische Spannungsreihe bekannt ist:

Highlight: Li > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > Cu > Ag > Hg > Pt > Au

Je weiter links ein Metall in dieser Reihe steht, desto unedler ist es und desto leichter gibt es Elektronen ab.

Vocabulary: Edle und unedle Metalle Unterschied - Edle Metalle geben Elektronen nur schwer ab und sind weniger reaktiv als unedle Metalle.

Diese Eigenschaften werden in galvanischen Zellen genutzt, um elektrischen Strom zu erzeugen.

Elektronegativität und Oxidationszahlen

Die Elektronegativität eines Elements gibt an, wie stark es Elektronen in einer chemischen Bindung an sich zieht.

Definition: Bei einer Differenz der Elektronegativität < 1,7 spricht man von einer Elektronenpaarbindung, bei ≥ 1,7 von einer Ionenbindung.

Oxidationszahlen sind fiktive Ladungszahlen, die helfen, Redoxreaktionen zu verstehen und auszugleichen.

Highlight: Die Summe der Oxidationszahlen in einer neutralen Verbindung muss immer 0 ergeben.

Grundregeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen:

1. Elementare Stoffe haben immer die Oxidationszahl 0.
2. Die Oxidationszahl einatomiger Ionen entspricht ihrer Ladung.
3. In Verbindungen ohne Ladung muss die Summe aller Oxidationszahlen 0 ergeben.
4. In geladenen Ionen muss die Summe der Oxidationszahlen der Ladung des Ions entsprechen.
5. Bestimmte Elemente haben in Verbindungen oft charakteristische Oxidationszahlen (z.B. Alkalimetalle +I, Erdalkalimetalle +II).

Vocabulary: Die Potentialdifferenz Chemie berechnen erfordert die Kenntnis der Oxidationszahlen und der Standardpotentiale der beteiligten Redoxpaare.

Diese Konzepte sind grundlegend für das Verständnis von Redoxreaktionen und damit für die Funktionsweise von Batterien und Akkumulatoren.

Batterien und Akkus: Grundlagen und Funktionsweise

Wie funktioniert eine Batterie Kinder können anhand einfacher Beispiele verstehen. Eine Batterie besteht aus zwei unterschiedlichen Materialien, die durch eine chemische Reaktion Strom erzeugen.

Definition: Eine Batterie, auch Primärzelle genannt, ist ein nicht wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicher.

Trockenbatterien wurden entwickelt, um eine bessere mobile Nutzung zu ermöglichen. Ein klassisches Beispiel ist die Zink-Kohle-Batterie, die eine Spannung von 1,5 V liefert.

Highlight: Batterien sind nicht wiederaufladbar und müssen nach der Entladung fachgerecht entsorgt werden.

Im Gegensatz dazu stehen Akkumulatoren, auch Sekundärzellen genannt. Ein bekanntes Beispiel ist der Bleiakkumulator, der in Autos verwendet wird.

Vocabulary: Akku oder Batterie Unterschied erkennen - Akkus können durch Anlegen einer äußeren Spannung wieder aufgeladen werden, Batterien nicht.

Der Lithium-Ionen-Akkumulator ist besonders leistungsfähig, da er eine hohe Zellspannung von 3,7 V bei geringer Masse bietet.

Example: In Smartphones und Laptops werden häufig Lithium-Ionen-Akkus verwendet.

Die Zellspannung einer galvanischen Zelle lässt sich mit folgender Formel berechnen: U = E(Akzeptorhalbzelle) - E(Donatorhalbzelle)