Lernstraße Elektrochemie V1.9 (pdf) - Chik.die-sinis.de

3 Die Standard-Wasserstoff-Elektrode als Bezugselektrode 10
Mit der beschriebenen Versuchsanordnung hat
man eine galvanische Zelle aufgebaut, die aus
zwei Halbzellen besteht. Die Redoxpaare
Zn/Zn 2+ und Cu/Cu 2+ bilden die Halbzellen der
galvanischen Zelle (häufig auch galvanisches Element
genannt). Verbindet man die beiden Elektroden
miteinander, so fließen Elektronen vom Zink
zum Kupfer. Dieser Elektronenfluss lässt sich mit
Hilfe eines Strommessgerätes nachweisen. Damit
Strom fließen kann muss zwischen den Elektroden
eine Potentialdifferenz, eine Spannung, bestehen.
Auch diese lässt sich mit einem Spannungsmessgerät
messen.
Die Spannung zwischen der Zink- und Kupfer-
Elektrode beträgt unabhängig von der Versuchsanordnung
1,1 V, wenn in beiden Halbzellen die gleiche
Konzentration an Metallionen vorliegt. Die Zink-Elektrode bildet dabei den Minuspol, die Kupferelektrode
den Pluspol. Man bezeichnet die Zink-Halbzelle auch als Donator-Halbzelle, die
Kupferhalbzelle als Akzeptor-Halbzelle
Die gemessene Spannung ist eine charakteristische Größe für die Kombination der Redoxpaare
Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2 e -
Cu(s) Cu 2+ (aq) + 2 e -
Abb. 1.2 Halbzellen
Donator-Halbzelle
Akzeptor-Halbzelle
Diese Gleichgewichte bilden sich beim Eintauchen der Metalle in die wässrige Lösung an der Metalloberfläche
aus. Aus dem Metallgitter gehen Metall-Ionen in Lösung und Elektronen bleiben im
Metall zurück. Das dadurch negativ aufgeladene Metall zieht die in Lösung gegangenen positiv
geladenen Metall-Ionen wiederum an. Es bildet sich eine elektrische Doppelschicht aus. Da die
Tendenz der Zink-Atome Elektronen abzugeben und Ionen zu bilden größer ist als die der Kupfer-
Atome, ist die Zink-Elektrode gegenüber der Kupferelektrode negativ geladen.
Nimmt man die galvanische Zelle in Betrieb, d.h. man verbindet die beiden Elektroden, nimmt allmählich
die Masse der Zinkelektrode ab und die der Kupferelektrode zu. Gleichzeitig steigt die
Konzentration der Zink-Ionen in Lösung, während die Konzentration der Kupfer-Ionen in der Lösung
fällt.
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Zn 2
+
Cu 2
+
Cu 2
+
Cu 2
+
Cu 2
+
Cu 2
+
e -
e -
e -
e - + Zn 2+ Cu 2+ +
Zn
(s)
Zn 2+
SO 4
2-
Cu
(s)
nach längerem
Betrieb der Zelle
e -
e - e -
e - + Zn 2+ Cu 2+ +
Zn
(s)
Zn 2+
SO 4
2-
Cu
(s)
Abb. 1.3 Galvanische Zelle im Betrieb
Eine galvanische Zelle kann sowohl als Spannungsquelle als auch als Stromquelle dienen. Während
die gemessene Spannung vom Versuchsaufbau unabhängig ist, ist die Stromstärke je nach Versuchsanordnung
sehr unterschiedlich. Sie hängt z.B. von der Oberfläche und dem Abstand der
Elektroden ab.
Die beschriebenen Vorgänge lassen sich auf jede andere Kombination zweier verschiedener Halbzellen
übertragen. Das unedlere Metall bildet dabei immer den Minuspol, das edlere den Pluspol.