Konzentrationszellen und die Nernst-Gleichung

Konzentrationszellen sind spezielle galvanische Zellen, die aus zwei Halbzellen des gleichen Redoxpaares bestehen, aber unterschiedliche Ionenkonzentrationen aufweisen. Die Nernst-Gleichung ist ein wichtiges Werkzeug zur Berechnung von Elektrodenpotenzialen unter Berücksichtigung der Konzentration und Temperatur.

Die Nernst-Gleichung lautet:

U = U₀ + (RT/zF) * ln(c(Me²⁺))

Dabei ist: U: Elektrodenpotenzial U₀: Standardelektrodenpotenzial R: Gaskonstante T: Temperatur in Kelvin z: Ladungszahl des Ions F: Faraday-Konstante c(Me²⁺): Konzentration der Metallionen

Highlight: Bei 25°C vereinfacht sich der Term (RT/zF) zu 0,059V/z, was die praktische Anwendung der Gleichung erleichtert.

In einer Konzentrationszelle führt die unterschiedliche Ionenkonzentration zu einer Potenzialdifferenz zwischen den Halbzellen. In der verdünnten Lösung müssen mehr Ionen aus dem Metall in Lösung gehen, was zu einer stärkeren negativen Aufladung der Elektrode führt.

Example: In einer Blei-Konzentrationszelle mit unterschiedlichen Pb²⁺-Konzentrationen würde die Halbzelle mit der geringeren Konzentration als Donator-Halbzelle (Anode) fungieren.

Die Nernst-Gleichung ermöglicht es, den Einfluss der Konzentration auf das Elektrodenpotenzial quantitativ zu erfassen und ist damit ein unverzichtbares Werkzeug in der Elektrochemie und Physiologie, beispielsweise bei der Berechnung von Membranpotentialen.