Galvanische Zelle

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Redoxreaktion		Galvanik

Bild einer Galvanischen Zelle

Galvanische Zelle

Eine galvanische Zelle oder galvanisches Element ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie wird in Akkumulatoren verwendet. Die umgangssprachliche Bezeichnung Batterien meint strenggenommen eine Reihung mehrerer Zellen.

Die Funktion der galvanischen Zelle beruht auf einer Redox-Reaktion. Die Reduktion läuft räumlich getrennt von der Oxidation in je einer Halbzelle (Halbelement) ab. Durch Verbinden der beiden Halbzellen mit einem Kabel als Elektronenleiter sowie einem Ionenleiter wird der Stromkreis geschlossen.

Der Name geht auf den italienischen Arzt Luigi Galvani zurück.

Beispiel:

Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und Zinkelektrode in Zinksulfatlösung. An der negativen Elektrode, hier die Zinkanode, gehen mehr Zn²⁺-Ionen in Lösung als sich Zn-Ionen wieder abscheiden. Da das Zink Elektronen an die Elektrode abgibt, wenn es in Lösung geht, lädt sich die Elektrode negativ auf.

An der Kupferkathode scheiden sich dagegen mehr Cu²⁺-Ionen an der Elektrode ab als in Lösung gehen. Da die Cu²⁺-Ionen zum Abscheiden zwei Elektronen verbrauchen, gibt es an der Kupferelektrode Elektronenmangel, sie lädt sich positiv auf.

Wenn der positive Pol und der negative Pol elektrisch leitend verbunden werden, fließen Elektronen, also ein elektrischer Strom, von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode. Zwischen den beiden Elektrolyten findet der Ladungstransport durch Ionen statt.

In der Zinksulfatlösung entsteht allerdings ein Überschuss an Zn²⁺-Ionen und die Lösung lädt sich stark positiv auf, sodass nur noch so viele Zinkionen in Lösung gehen wie sich gleichzeitig an der Elektrode wieder abscheiden. Ähnliches passiert mit der Kupfersulfatlösung, nur dass sich hier die Lösung negativ auflädt.

Kupfersulfatlösung: c[SO₄^2-] >> c[Cu²⁺]

Zinksulfatlösung: c[SO₄^2-] << c[Zn²⁺]

Aus diesem Grund werden die Lösungen mit einer Ionenbrücke verbunden. So können die SO₄^2--Ionen aus der Kupfer- in die Zinklösung wandern und die Zn²⁺-Ionen aus der Zink- in die Kupfersulfatlösung. Es findet ein Ladungsausgleich zwischen den zwei Lösungen statt und der Strom kann fließen.

Fragen

1) Warum bildet sich bei der Cu/Zn-Zelle ein Überschuss an Ionen?

2) Wie erfolgt die Ladungsverteilung beim Aufladen?

Galvanische Zellen: Antworten

Redoxpotentiale

Diese Tabelle zeigt die Redoxpotentiale der wichtigsten Metalle sowie von Wasserstoff und Fluor.

Definition Redoxpotentiale

Das Redoxpotential ist ein Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, Elektronen abzugeben.

• Hohes (negatives) Redoxpotential: der Stoff gibt gerne Elektronen ab.
• Niedriges (positives) Redoxpotential: der Stoff gibt Elektronen gar nicht gerne ab, im Gegenteil, er nimmt lieber Elektronen auf.

Redoxpotentiale: Übungsaufgaben

• Redoxpotentiale: Übungsaufgaben

Im Chemiebuch ...
findest Du weitere Informationen zum Thema Galvanische Zelle:
Chemie FOS-T     auf Seite 197	Chemie heute     auf Seite 139	Elemente Chemie     auf Seite 245

Experimente

• Galvanisches Element, in: Elemente Chemie 2, Seite 246, Versuch 1
• Elektrodenpotentiale: Silber/Silberchlorid-Halbzelle, in: Chemie heute SII, Seite 187, Versuch 1
• Elektrodenpotentiale: Konzentrationsabhängigkeit, in: Chemie heute SII, Seite 187, Versuch 2

Weblinks

• Galvanische Zelle als Google-Suchbegriff
• Galvanische Zelle in der Wikipedia
• Galvanische Zelle hier in bs-wiki.de mit Google
• Galvanische Zelle als Youtube-Video

--Franzi g 08:16, 14. Jan 2008 (CET)