Grundlagen der Redoxreaktionen und galvanischen Zellen
Die Redoxreaktion ist der Grundstein für das Verständnis galvanischer Zellen. Bei diesen Reaktionen findet eine Elektronenübertragung statt, wobei ein Stoff Elektronen abgibt Oxidation und ein anderer Elektronen aufnimmt Reduktion.
Beispiel: In der Reaktion 2I⁻ + Br₂ → I₂ + 2Br⁻ gibt Iodid I− Elektronen ab Oxidation, während Brom Br2 Elektronen aufnimmt Reduktion.
Der Aufbau einer galvanischen Zelle wird am Beispiel einer Zink/Kupfer-Zelle erläutert:
- Minuspol Donator−Halbzelle: Zink wird oxidiert Zn→Zn2++2e−
- Pluspol Akzeptor−Halbzelle: Kupfer-Ionen werden reduziert Cu2++2e−→Cu
Highlight: In galvanischen Zellen laufen Redoxreaktionen freiwillig und räumlich getrennt ab, wobei chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die elektrochemische Spannungsreihe ist ein wichtiges Werkzeug in der Elektrochemie. Sie enthält die Standard-Elektrodenpotentiale von Redoxpaaren und ermöglicht Vorhersagen über die Lage von Redoxgleichgewichten.
Definition: Je niedriger das Standard-Elektrodenpotential, desto stärker reduzierend wirkt die reduzierte Form des Redoxpaares. Je höher das Potential, desto stärker oxidierend wirkt die oxidierte Form.
Das Zelldiagramm einer Zink/Kupfer-Zelle wird als Zn/Zn²⁺ // Cu²⁺/Cu dargestellt. Ein Diaphragma ermöglicht die für den Ladungsausgleich notwendige Ionenwanderung zwischen den Elektrolytlösungen.
Vocabulary: Das Elektrodenpotential ist ein Maß für das Redoxverhalten eines Redoxpaares und entsteht durch die Bildung einer elektrochemischen Doppelschicht an den Elektroden.
Die Zellspannung einer galvanischen Zelle lässt sich mit der Formel U = U₁ Akzeptor−Halbzelle - U₁ Donator−Halbzelle berechnen.
