Galvanische Zellen und ihre Komponenten

Galvanische Zellen sind elektrochemische Quellen, die chemische in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen aus zwei Halbzellen, in denen Reduktion und Oxidation räumlich getrennt ablaufen.

Definition: Eine galvanische Zelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt, indem sie Redoxreaktionen nutzt.

Die Hauptkomponenten einer galvanischen Zelle sind:

1. Elektroden: Elektronenleiter in Kontakt mit Elektrolyten
2. Elektrolyte: Stoffe oder Mischungen, die Ionen enthalten

Highlight: An den Elektroden einer galvanischen Zelle kann eine Spannung gemessen werden. Bei Anschluss eines Energiewandlers fließt ein elektrischer Strom, und an den Elektroden werden Stoffe umgesetzt.

Das Ziel einer galvanischen Zelle ist es, chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, was als Umkehrung der Elektrolyse betrachtet werden kann.

Example: Ein bekanntes Beispiel für eine galvanische Zelle ist das Daniell-Element, das aus einer Zink- und einer Kupferelektrode besteht.

Die Funktionsweise einer galvanischen Zelle basiert auf dem Prinzip der Redoxreaktionen und der unterschiedlichen Elektronenaffinität der beteiligten Metalle.

Daniell-Element und Zelldiagramme

Das Daniell-Element ist ein klassisches Beispiel für eine galvanische Zelle. Es besteht aus einer Zink-Halbzelle (Minuspol) und einer Kupfer-Halbzelle (Pluspol).

Example: Im Daniell-Element wird Zink oxidiert und gibt Elektronen ab, während Kupferionen reduziert werden und Elektronen aufnehmen.

Die Reaktionen in den Halbzellen lauten:

• Donatorhalbzelle (Minuspol): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
• Akzeptorhalbzelle (Pluspol): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)

Beide Halbzellen sind über einen Ionenleiter miteinander verbunden, der den Ladungsausgleich ermöglicht.

Vocabulary: Ein Zelldiagramm ist eine vereinfachte Darstellung einer galvanischen Zelle. Für das Daniell-Element lautet es: Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)

Die Zellspannung des Daniell-Elements beträgt etwa 1,1 V. Diese Spannung resultiert aus der Differenz der Elektrodenpotentiale der beteiligten Metalle.

Highlight: Je unedler ein Metall ist, desto kleiner ist sein Standardelektrodenpotential und desto eher liegt es in der oxidierten Form vor. Edle Metalle haben ein größeres Standardelektrodenpotential und liegen eher in der reduzierten Form vor.

Die Standard-Wasserstoffelektrode dient als Referenz für die Messung von Elektrodenpotentialen. Sie besteht aus einem platinierten Platinblech in einer wässrigen Lösung mit einer Standardkonzentration an H⁺-Ionen, umspült von Wasserstoffgas unter Standarddruck.