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Theresa Gerl
29.11.2021
Chemie
Elektrochemie und galvanische Zelle
2.314
•
29. Nov. 2021
•
Theresa Gerl
@theresagerl
Die Elektrochemie beschäftigt sich mit der Umwandlung chemischer in elektrische... Mehr anzeigen
Eine galvanische Zelle (auch galvanisches Element genannt) wandelt chemische in elektrische Energie um. Sie besteht aus zwei verschiedenen Elektroden in Elektrolytlösungen und erzeugt Gleichspannung durch Redoxreaktionen.
Der Aufbau einer galvanischen Zelle umfasst eine Anode (unedlere Elektrode), an der die Oxidation stattfindet, und eine Kathode (edlere Elektrode), an der die Reduktion abläuft. Beide Halbzellen sind durch eine Ionenbrücke oder ein Diaphragma verbunden, die den Ionenaustausch ermöglichen.
In der elektrochemischen Spannungsreihe werden Redox-Paare nach ihrem Standardelektrodenpotential geordnet. Diese wird auch als Redoxreihe bezeichnet und ermöglicht Vorhersagen über das Redoxverhalten von Stoffen. Je unedler ein Metall ist, desto leichter gibt es Elektronen ab.
💡 Merke: Bei einer galvanischen Zelle findet an der Anode immer eine Oxidation statt (Abgabe von Elektronen), während an der Kathode eine Reduktion abläuft (Aufnahme von Elektronen).
Bei der Elektrolyse hingegen wird elektrischer Strom genutzt, um chemische Reaktionen zu erzwingen. Im Gegensatz zur galvanischen Zelle ist hier die Energieumwandlung genau umgekehrt: Elektrische Energie wird in chemische umgewandelt.
Das Daniell-Element ist ein klassisches Beispiel einer galvanischen Zelle und besteht aus einer Zink- und einer Kupfer-Halbzelle. Die Gesamtreaktion lautet: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu.
An der Anode (Zink-Elektrode) findet die Oxidation statt: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Die Zinkatome geben ihre Elektronen ab und gehen als Zink-Ionen in Lösung. Diese Halbzelle bildet den Minuspol mit Elektronenüberschuss.
An der Kathode (Kupfer-Elektrode) läuft die Reduktion ab: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Die Kupfer-Ionen nehmen Elektronen auf und werden zu metallischem Kupfer reduziert. Diese Halbzelle stellt den Pluspol mit Elektronenmangel dar.
💡 Tipp für Klausuren: Beim Zeichnen eines Zelldiagramms einer galvanischen Zelle wird immer die unedlere Elektrode (hier Zink) links und die edlere (hier Kupfer) rechts dargestellt!
Beide Halbzellen sind durch ein Diaphragma (poröse Trennwand) getrennt, das selektiv Ionen durchlässt. Dies ermöglicht den Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen, während die Elektrolytlösungen (ZnSO₄ und CuSO₄) getrennt bleiben. So kann ein geschlossener Stromkreis entstehen: Elektronen fließen über den äußeren Leiter, während Ionen durch das Diaphragma wandern.
In einer galvanischen Zelle wandern Elektronen von der Anode (Minuspol) zur Kathode (Pluspol). Dieser Elektronenfluss erzeugt den elektrischen Strom, den wir nutzen können. Der Kreislauf wird durch Ionenbewegungen im Elektrolyten geschlossen.
Bei der Reaktion werden an der Zinkelektrode (Anode) Zn-Atome zu Zn²⁺-Ionen oxidiert, wobei Elektronen freigesetzt werden. Diese Elektronen fließen durch den äußeren Stromkreis zur Kupferelektrode (Kathode), wo Cu²⁺-Ionen zu metallischem Kupfer reduziert werden. Die Redoxreaktion läuft also räumlich getrennt, aber zeitlich gleichzeitig ab.
Das Diaphragma erfüllt eine wesentliche Funktion: Es trennt die Ionenlösungen, ist aber halbdurchlässig. Es ermöglicht die Diffusion bestimmter Ionen (hauptsächlich negativ geladene Anionen wie SO₄²⁻), während es verhindert, dass sich die Elektrolytlösungen vollständig vermischen. Zink-Ionen diffundieren durch das Diaphragma von der negativen zur positiven Seite, während Sulfat-Ionen in die entgegengesetzte Richtung wandern.
🔍 Wichtig: Bei der Spannungsreihe der Metalle gilt: Je unedler ein Metall ist, desto negativer ist sein Standardpotential und desto stärker seine Neigung, Elektronen abzugeben. In der elektrochemischen Spannungsreihe steht Zink unter Kupfer, ist also unedler und bildet daher die Anode.
Die Funktion der galvanischen Zelle basiert auf der räumlichen Trennung von Oxidation und Reduktion. Während an der Anode (Minuspol) Elektronen freigesetzt werden, werden diese an der Kathode (Pluspol) wieder aufgenommen. Der entstehende Elektronenfluss kann als elektrischer Strom genutzt werden.
Das Daniell-Element ist ein Spezialfall einer galvanischen Zelle, bei dem fest definierte Redox-Paare verwendet werden: eine Zink-Halbzelle und eine Kupfer-Halbzelle. Es dient oft als Modellsystem zum Verständnis elektrochemischer Vorgänge und liefert eine Spannung von etwa 1,1 Volt.
Während galvanische Zellen spontan elektrische Energie erzeugen, läuft bei der Elektrolyse der umgekehrte Prozess ab: Elektrischer Strom erzwingt eine nicht-spontane chemische Reaktion. Typische Anwendungen der Elektrolyse im Alltag sind die Metallgewinnung, die Galvanotechnik zur Veredelung von Oberflächen und die Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse.
💡 Praxistipp: In Batterien und Akkus werden galvanische Zellen eingesetzt, um chemische in elektrische Energie umzuwandeln. Der Unterschied: Batterien sind nach der Entladung verbraucht, während Akkus durch Elektrolyse wieder aufgeladen werden können!
Die elektrochemische Spannungsreihe ist ein wichtiges Werkzeug, um vorherzusagen, welche Metalle als Anode oder Kathode fungieren und wie stark die resultierende Spannung sein wird. Sie hilft auch, Korrosionsprozesse zu verstehen, die letztlich ebenfalls auf elektrochemischen Vorgängen beruhen.
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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.
Stefan S
iOS user
Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.
Samantha Klich
Android user
Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.
Anna
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Jana V
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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!
Lena M
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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️
Timo S
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Sudenaz Ocak
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Greenlight Bonnie
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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼
Julia S
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Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!
Marcus B
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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben
Sarah L
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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.
Hans T
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Theresa Gerl
@theresagerl
Die Elektrochemie beschäftigt sich mit der Umwandlung chemischer in elektrische Energie und umgekehrt. Zwei zentrale Konzepte dieses Gebiets sind die galvanische Zelle, die spontan elektrische Energie erzeugt, und die Elektrolyse, bei der elektrischer Strom chemische Reaktionen antreibt.
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Eine galvanische Zelle (auch galvanisches Element genannt) wandelt chemische in elektrische Energie um. Sie besteht aus zwei verschiedenen Elektroden in Elektrolytlösungen und erzeugt Gleichspannung durch Redoxreaktionen.
Der Aufbau einer galvanischen Zelle umfasst eine Anode (unedlere Elektrode), an der die Oxidation stattfindet, und eine Kathode (edlere Elektrode), an der die Reduktion abläuft. Beide Halbzellen sind durch eine Ionenbrücke oder ein Diaphragma verbunden, die den Ionenaustausch ermöglichen.
In der elektrochemischen Spannungsreihe werden Redox-Paare nach ihrem Standardelektrodenpotential geordnet. Diese wird auch als Redoxreihe bezeichnet und ermöglicht Vorhersagen über das Redoxverhalten von Stoffen. Je unedler ein Metall ist, desto leichter gibt es Elektronen ab.
💡 Merke: Bei einer galvanischen Zelle findet an der Anode immer eine Oxidation statt (Abgabe von Elektronen), während an der Kathode eine Reduktion abläuft (Aufnahme von Elektronen).
Bei der Elektrolyse hingegen wird elektrischer Strom genutzt, um chemische Reaktionen zu erzwingen. Im Gegensatz zur galvanischen Zelle ist hier die Energieumwandlung genau umgekehrt: Elektrische Energie wird in chemische umgewandelt.
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Das Daniell-Element ist ein klassisches Beispiel einer galvanischen Zelle und besteht aus einer Zink- und einer Kupfer-Halbzelle. Die Gesamtreaktion lautet: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu.
An der Anode (Zink-Elektrode) findet die Oxidation statt: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Die Zinkatome geben ihre Elektronen ab und gehen als Zink-Ionen in Lösung. Diese Halbzelle bildet den Minuspol mit Elektronenüberschuss.
An der Kathode (Kupfer-Elektrode) läuft die Reduktion ab: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Die Kupfer-Ionen nehmen Elektronen auf und werden zu metallischem Kupfer reduziert. Diese Halbzelle stellt den Pluspol mit Elektronenmangel dar.
💡 Tipp für Klausuren: Beim Zeichnen eines Zelldiagramms einer galvanischen Zelle wird immer die unedlere Elektrode (hier Zink) links und die edlere (hier Kupfer) rechts dargestellt!
Beide Halbzellen sind durch ein Diaphragma (poröse Trennwand) getrennt, das selektiv Ionen durchlässt. Dies ermöglicht den Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen, während die Elektrolytlösungen (ZnSO₄ und CuSO₄) getrennt bleiben. So kann ein geschlossener Stromkreis entstehen: Elektronen fließen über den äußeren Leiter, während Ionen durch das Diaphragma wandern.
In einer galvanischen Zelle wandern Elektronen von der Anode (Minuspol) zur Kathode (Pluspol). Dieser Elektronenfluss erzeugt den elektrischen Strom, den wir nutzen können. Der Kreislauf wird durch Ionenbewegungen im Elektrolyten geschlossen.
Bei der Reaktion werden an der Zinkelektrode (Anode) Zn-Atome zu Zn²⁺-Ionen oxidiert, wobei Elektronen freigesetzt werden. Diese Elektronen fließen durch den äußeren Stromkreis zur Kupferelektrode (Kathode), wo Cu²⁺-Ionen zu metallischem Kupfer reduziert werden. Die Redoxreaktion läuft also räumlich getrennt, aber zeitlich gleichzeitig ab.
Das Diaphragma erfüllt eine wesentliche Funktion: Es trennt die Ionenlösungen, ist aber halbdurchlässig. Es ermöglicht die Diffusion bestimmter Ionen (hauptsächlich negativ geladene Anionen wie SO₄²⁻), während es verhindert, dass sich die Elektrolytlösungen vollständig vermischen. Zink-Ionen diffundieren durch das Diaphragma von der negativen zur positiven Seite, während Sulfat-Ionen in die entgegengesetzte Richtung wandern.
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Die Funktion der galvanischen Zelle basiert auf der räumlichen Trennung von Oxidation und Reduktion. Während an der Anode (Minuspol) Elektronen freigesetzt werden, werden diese an der Kathode (Pluspol) wieder aufgenommen. Der entstehende Elektronenfluss kann als elektrischer Strom genutzt werden.
Das Daniell-Element ist ein Spezialfall einer galvanischen Zelle, bei dem fest definierte Redox-Paare verwendet werden: eine Zink-Halbzelle und eine Kupfer-Halbzelle. Es dient oft als Modellsystem zum Verständnis elektrochemischer Vorgänge und liefert eine Spannung von etwa 1,1 Volt.
Während galvanische Zellen spontan elektrische Energie erzeugen, läuft bei der Elektrolyse der umgekehrte Prozess ab: Elektrischer Strom erzwingt eine nicht-spontane chemische Reaktion. Typische Anwendungen der Elektrolyse im Alltag sind die Metallgewinnung, die Galvanotechnik zur Veredelung von Oberflächen und die Wasserstoffproduktion durch Wasserelektrolyse.
💡 Praxistipp: In Batterien und Akkus werden galvanische Zellen eingesetzt, um chemische in elektrische Energie umzuwandeln. Der Unterschied: Batterien sind nach der Entladung verbraucht, während Akkus durch Elektrolyse wieder aufgeladen werden können!
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Stefan S
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Samantha Klich
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