Galvanische Zellen und Elektrodenpotentiale

Die galvanische Zelle Aufbau wird am Beispiel des Daniell-Elements veranschaulicht. Dieses besteht aus einer Zink- und einer Kupferelektrode, die in ihre jeweiligen Ionenlösungen tauchen und leitend miteinander verbunden sind.

Beispiel: Im Daniell-Element fungiert Zink als Minuspol (Elektronendonator) und Kupfer als Pluspol (Elektronenakzeptor). Die messbare Spannung beträgt 1,10 V.

Das Zelldiagramm einer galvanischen Zelle wird standardmäßig so notiert, dass die Donator-Halbzelle (Minuspol) links und die Akzeptor-Halbzelle (Pluspol) rechts steht. Beispiel: Zn/Zn²⁺ (1 mol·l⁻¹) // Cu²⁺ (1 mol·l⁻¹)/Cu

Definition: Die Zellspannung ist die messbare Spannung einer galvanischen Zelle und hängt von den verwendeten Halbzellen ab.

An der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt bildet sich eine elektrochemische Doppelschicht aus, die für das Elektrodenpotential verantwortlich ist.

Highlight: Das Potential einer einzelnen Elektrode ist nicht messbar. Daher wird oft die Wasserstoff-Halbzelle als Bezugselektrode mit einem definierten Potential von 0 V verwendet.

Elektrolysen - erzwungene Redoxreaktionen

Elektrolysen sind erzwungene Redoxreaktionen, bei denen elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird. Sie finden in Elektrolysezellen statt, die im Gegensatz zu galvanischen Zellen eine externe Stromquelle benötigen.

Definition: Eine Elektrolyse ist eine durch elektrischen Strom erzwungene chemische Reaktion, bei der nicht-freiwillig ablaufende Redoxreaktionen durchgeführt werden.

In einer Elektrolysezelle wird die Kathode zum Minuspol, an dem die Reduktion stattfindet, während die Anode zum Pluspol wird, an dem die Oxidation abläuft.

Highlight: Die Umkehrung der Polarität im Vergleich zur galvanischen Zelle ist ein wichtiges Merkmal der Elektrolyse.

Elektrolysen spielen eine wichtige Rolle in industriellen Prozessen, wie der Gewinnung von Metallen aus ihren Erzen oder der Herstellung von Chlor und Natronlauge.

Beispiel: Bei der Elektrolyse von Zinkchlorid-Lösung wird an der Kathode Zink abgeschieden: Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn

Die für eine Elektrolyse benötigte Mindestspannung wird als Zersetzungsspannung bezeichnet und hängt von den Standardpotentialen der beteiligten Redoxpaare ab.

Vocabulary: Die Zersetzungsspannung berechnen ist wichtig für die Planung und Durchführung von Elektrolysen in der industriellen Praxis.