Aufbau und Funktion der galvanischen Zelle

Die galvanische Zelle, auch als Zink-Kupfer-Element oder Daniell-Element bekannt, besteht aus mehreren wichtigen Komponenten:

1. Anode (Zink): Hier findet die Oxidation statt (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻)
2. Kathode (Kupfer): Hier findet die Reduktion statt (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)
3. Elektrolytlösungen: ZnSO₄-Lösung an der Anode, CuSO₄-Lösung an der Kathode
4. Ionenbrücke oder Diaphragma: Ermöglicht den Ionenaustausch zwischen den Halbzellen
5. Elektrischer Leiter: Verbindet Anode und Kathode

Highlight: Die Gesamtreaktion in der galvanischen Zelle lautet: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Die Funktion der galvanischen Zelle basiert auf dem Prinzip der Redoxreaktion:

• An der Anode werden Zinkatome oxidiert und geben Elektronen ab
• Diese Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis zur Kathode
• An der Kathode werden Kupferionen reduziert und nehmen die Elektronen auf
• Die Ionenbrücke ermöglicht den Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen

Vocabulary: Diaphragma - Eine poröse Trennwand, die den Ionenaustausch zwischen den Halbzellen ermöglicht, aber eine direkte Vermischung der Elektrolyte verhindert.

Die galvanische Zelle wandelt somit chemische Energie in elektrische Energie um und kann als Spannungsquelle genutzt werden.

Molekulare Vorgänge in der galvanischen Zelle

In einer laufenden galvanischen Zelle finden folgende molekulare Vorgänge statt:

1. An der Anode (Zink):

   • Zinkatome geben Elektronen ab und werden zu Zn²⁺-Ionen
   • Die Zn²⁺-Ionen gehen in die ZnSO₄-Lösung über

2. An der Kathode (Kupfer):

   • Cu²⁺-Ionen aus der CuSO₄-Lösung nehmen Elektronen auf
   • Sie werden zu metallischem Kupfer reduziert und lagern sich an der Elektrode ab

3. Elektronenfluss:

   • Elektronen wandern von der Anode (Minuspol) zur Kathode (Pluspol)
   • Dies erzeugt den elektrischen Strom im äußeren Stromkreis

4. Ionenbewegung:

   • Zn²⁺-Ionen diffundieren durch das Diaphragma von der Anodenseite zur Kathodenseite
   • SO₄²⁻-Ionen bewegen sich in die entgegengesetzte Richtung

Definition: Anode - Elektrode, an der eine Oxidation stattfindet und die den Minuspol (Elektronenüberschuss) darstellt.

Definition: Kathode - Elektrode, an der eine Reduktion stattfindet und die den Pluspol (Elektronenmangel) darstellt.

Das Diaphragma spielt eine entscheidende Rolle in der galvanischen Zelle:

• Es trennt die Ionenlösungen
• Es ist eine dünne, halbdurchlässige Membran
• Es lässt hauptsächlich negativ geladene Anionen passieren
• Es schließt den Stromkreis und ermöglicht den Stromfluss

Highlight: Die Redoxreaktion ist der zentrale chemische Vorgang, der die Funktion der galvanischen Zelle ermöglicht.

Das Daniell-Element ist ein spezifisches Beispiel einer galvanischen Zelle, das viele Gemeinsamkeiten mit dem beschriebenen Zink-Kupfer-Element aufweist. Es verwendet ebenfalls Zink- und Kupferelektroden sowie Zinksulfat- und Kupfersulfatlösungen als Elektrolyte.