Elektromotorische Kraft (EMK) - Institut für Physikalische Chemie ...

TU ClausthalInstitut für Physikalische ChemieGrundpraktikum 11. EMK Stand 03/11/2006Eine Umformung von (1) führt zuµ ' + z F ϕ'= µ ' ' z F ϕ''(2)i ii+η 'i= η' ' iimitη = µ F ϕ dem elektrochemischen Potentiali i+ z iiDas elektrochemische Gleichgewicht ist also dadurch gekennzeichnet, dass für die Ionensorte idas elektrochemische Potential η in allen Phasen gleich ist. Die in (1) auftretende Potentialdifferenz(ϕ′ - ϕ′′) wird als Galvanispannung (bzw. Elektrodenpotential) bezeichnet. DieseSpannung ist prinzipiell nicht messbar. Es ist lediglich möglich, ein derartiges Halbelement, dasz.B. aus einer Metallelektrode besteht, die in ihre Ionenlösung taucht, mit einem anderenHalbelement elektrolytisch leitend zu verbinden, etwa über ein Diaphragma (Salzbrücke).Zwischen den beiden Elektroden der so aufgebauten galvanischen Kette besteht dann einePotentialdifferenz, die sich aus den einzelnen Potentialdifferenzen an den Phasengrenzenzusammensetzt. Diese Gesamt-Potentialdifferenz zwischen den Elektroden wird - etwasirreführend - als EMK (elektromotorische Kraft) der betrachteten galvanischen Kette bezeichnet.Man beschreibt galvanische Ketten, indem man zwischen feste und flüssige Phasen einen undzwischen zwei flüssige Phasen zwei schräge Striche setzt. Für das Daniell – Element, das ausden beiden Elektroden Kupfer in 1 mol/L CuSO 4 -Lösung und Zink in 1 mol/L ZnSO 4 -Lösungunter Berührung der flüssigen Phasen besteht, schreibt man demnach:Cu | CuSO 4 (1 mol/L) || ZnSO 4 (1 mol/L) | ZnVebindet man die Cu- und Zn - Elektroden mit einem Metalldraht (äußerer Stromkreis), sofließt aufgrund der Potentialdifferenz ein Strom. Stromlieferant ist folgende Reaktion:Cu 2+ (aq) + Zn (s) → Zn 2+ (aq) + Cu (s) (3)Dieser Vorgang, bei dem infolge einer freiwillig ablaufenden chemischen Reaktion einelektrischer Strom geliefert wird, heißt, „galvanischer Prozeß“. Schaltet man in den äußerenStromkreis eine regulierbare Spannungsquelle gegen die EMK, so lässt sich die Reaktion (3)durch entsprechende Erhöhung der gegengeschalteten Spannung verlangsamen, zum Stillstandbringen oder sogar umkehren. Der Vorgang, bei dem infolge eines von außen aufgezwungenenStromflusses chemische Reaktionen stattfinden, heißt „Elektrolyse“.Es zeigt sich hier ein Weg, die Freie Reaktionsenthalpie ∆ G pro Formelumsatz vonIonenreaktionen zu bestimmen. Die maximale Nutzarbeit W 'rev, die aus einem galvanischenElement pro Mol gewonnen werden kann, ist2