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Alles über die Galvanische Zelle und Elektrolyse: Aufbau, Beispiele, und mehr!

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Theresa Gerl

29.11.2021

Chemie

Elektrochemie und galvanische Zelle

Alles über die Galvanische Zelle und Elektrolyse: Aufbau, Beispiele, und mehr!

Die elektrochemische Umwandlung von chemischer in elektrische Energie durch Galvanische Zellen und deren Funktionsweise steht im Mittelpunkt dieser Zusammenfassung. Die Galvanische Zelle Funktion basiert auf Redoxreaktionen zwischen verschiedenen Metallen und ermöglicht die Erzeugung elektrischer Energie.

• Die Galvanische Zelle Aufbau besteht aus zwei verschiedenen Elektroden (Anode und Kathode) und einem Elektrolyten
• Die elektrochemische Spannungsreihe ordnet Redox-Paare nach ihrem Standardelektrodenpotential
• Die Elektrolyse stellt den umgekehrten Prozess dar, bei dem elektrische Energie in chemische umgewandelt wird
• Zentrale Komponenten sind die Galvanische Zelle Anode Kathode, die durch eine Ionenbrücke verbunden sind

...

29.11.2021

2303

Galvanische zelle,
Galvanisches Element
→ Vorrichtung zur spontanen
Umwandlung von chemischer
in elektrische Energie
→Jede Kombination von z

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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 ZinkZink: Hier findet die Oxidation statt ZnZn2++2eZn → Zn²⁺ + 2e⁻
  2. Kathode KupferKupfer: Hier findet die Reduktion statt Cu2++2eCuCu²⁺ + 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.

Galvanische zelle,
Galvanisches Element
→ Vorrichtung zur spontanen
Umwandlung von chemischer
in elektrische Energie
→Jede Kombination von z

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Molekulare Vorgänge in der galvanischen Zelle

In einer laufenden galvanischen Zelle finden folgende molekulare Vorgänge statt:

  1. An der Anode ZinkZink: Zinkatome geben Elektronen ab und werden zu Zn²⁺-Ionen Die Zn²⁺-Ionen gehen in die ZnSO₄-Lösung über
  2. An der Kathode KupferKupfer: 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 MinuspolMinuspol zur Kathode PluspolPluspol 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 Elektronenu¨berschussElektronenüberschuss darstellt.

Definition: Kathode - Elektrode, an der eine Reduktion stattfindet und die den Pluspol ElektronenmangelElektronenmangel 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.

Galvanische zelle,
Galvanisches Element
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in elektrische Energie
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Zusammenfassung der Prozesse

Die vierte Seite fasst die elektrochemischen Prozesse zusammen und betont die Bedeutung der räumlichen Trennung der Reaktionen.

Highlight: Die Oxidation an der Anode und die Reduktion an der Kathode laufen zwar räumlich getrennt, aber zeitlich synchron ab.

Definition: Das Diaphragma fungiert als selektiv permeable Membran, die den kontrollierten Ionenaustausch ermöglicht.

Example: Die Elektrolyse Anwendung im Alltag zeigt sich beispielsweise beim Aufladen von Akkumulatoren.

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Chemie

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29. Nov. 2021

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Theresa Gerl

@theresagerl

Die elektrochemische Umwandlung von chemischer in elektrische Energie durch Galvanische Zellen und deren Funktionsweise steht im Mittelpunkt dieser Zusammenfassung. Die Galvanische Zelle Funktion basiert auf Redoxreaktionen zwischen verschiedenen Metallen und ermöglicht die Erzeugung elektrischer Energie.

• Die Galvanische Zelle Aufbau... Mehr anzeigen

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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 ZinkZink: Hier findet die Oxidation statt ZnZn2++2eZn → Zn²⁺ + 2e⁻
  2. Kathode KupferKupfer: Hier findet die Reduktion statt Cu2++2eCuCu²⁺ + 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.

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Molekulare Vorgänge in der galvanischen Zelle

In einer laufenden galvanischen Zelle finden folgende molekulare Vorgänge statt:

  1. An der Anode ZinkZink: Zinkatome geben Elektronen ab und werden zu Zn²⁺-Ionen Die Zn²⁺-Ionen gehen in die ZnSO₄-Lösung über
  2. An der Kathode KupferKupfer: 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 MinuspolMinuspol zur Kathode PluspolPluspol 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 Elektronenu¨berschussElektronenüberschuss darstellt.

Definition: Kathode - Elektrode, an der eine Reduktion stattfindet und die den Pluspol ElektronenmangelElektronenmangel 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.

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Zusammenfassung der Prozesse

Die vierte Seite fasst die elektrochemischen Prozesse zusammen und betont die Bedeutung der räumlichen Trennung der Reaktionen.

Highlight: Die Oxidation an der Anode und die Reduktion an der Kathode laufen zwar räumlich getrennt, aber zeitlich synchron ab.

Definition: Das Diaphragma fungiert als selektiv permeable Membran, die den kontrollierten Ionenaustausch ermöglicht.

Example: Die Elektrolyse Anwendung im Alltag zeigt sich beispielsweise beim Aufladen von Akkumulatoren.

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Galvanische Zelle und Elektrochemie

Die galvanische Zelle, auch als galvanisches Element bekannt, ist eine Vorrichtung zur spontanen Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie besteht aus zwei verschiedenen Elektroden und einem Elektrolyten und dient als Gleichspannungsquelle.

Definition: Eine galvanische Zelle ist jede Kombination von zwei verschiedenen Elektroden und einem Elektrolyten zur Erzeugung elektrischer Energie.

Der Aufbau einer galvanischen Zelle umfasst folgende Komponenten:

  • Anode: Hier findet die Oxidation statt
  • Kathode: Hier findet die Reduktion statt
  • Elektrolyt: Ionenleitende Lösung
  • Ionenbrücke: Verbindet die beiden Halbzellen

Highlight: An der Anode gehen Ionen der unedleren Elektrode in Lösung, während an der Kathode Ionen der edleren Elektrode reduziert werden.

Die elektrochemische Spannungsreihe ist eine Auflistung von Redoxpaaren nach ihrem Standardelektrodenpotential. Sie wird auch Redoxreihe genannt und ermöglicht es, das Redoxverhalten eines Stoffes abzuleiten.

Vocabulary: Redoxreaktion - Eine Reaktion, bei der Oxidation und Reduktion gleichzeitig ablaufen.

Die Elektrolyse ist ein chemischer Prozess, bei dem elektrischer Strom eine Redoxreaktion erzwingt. Sie findet Anwendung in der Metallgewinnung und beim Ladevorgang von Akkus. Im Gegensatz zur galvanischen Zelle wird hier elektrische Energie in chemische umgewandelt.

Example: Ein Beispiel für eine galvanische Zelle ist das Daniell-Element, bei dem eine Zink- und eine Kupferelektrode verwendet werden.

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Hans T

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