Konzentrationselemente und Nernst-Gleichung
In diesem Abschnitt werden Konzentrationselemente und die Nernst-Gleichung behandelt.
Konzentrationselemente, auch als Konzentrationszellen bekannt, sind galvanische Zellen, bei denen sich die zwei Halbzellen nur in der Konzentration der Elektrolytlösung unterscheiden. Sie erzeugen eine nutzbare elektrische Spannung durch eine chemische Reaktion, ähnlich einer Batterie.
Definition: Ein Konzentrationselement ist eine galvanische Zelle, deren Halbzellen sich nur in der Konzentration der Elektrolytlösung unterscheiden.
Die Nernst-Gleichung wird verwendet, um die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines Redoxpaares zu beschreiben. Sie ist besonders wichtig für Konzentrationselemente.
Formel: Für die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials eines Redoxpaares Ox + ze⁻ ⇌ Red gilt bei 25°C:
E = E° + 0,059V/z * log[Ox]/[Red]
Dabei ist:
- E: Elektrodenpotential
- E°: Standardelektrodenpotential
- z: Anzahl der übertragenen Elektronen
- Ox: Konzentration der oxidierten Form
- Red: Konzentration der reduzierten Form
Highlight: Die Nernst-Gleichung ermöglicht es, das Elektrodenpotential für nicht-standardmäßige Bedingungen zu berechnen.
Vergleich von Batterien und Brennstoffzellen:
- Batterien sind gut für geringe Energiemengen
- Brennstoffzellen haben einen höheren Wirkungsgrad
Vokabular:
- Faraday Gesetz: Beschreibt den Zusammenhang zwischen der Stoffmenge und der elektrischen Ladung bei elektrochemischen Reaktionen.
- Faraday-Konstante: Eine fundamentale Naturkonstante, die die Ladung eines Mols Elektronen angibt.