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2 Elektrochemische (Galvanische) Zellen


Galvanische Zelle = Zelle, die als elektrische Stromquelle dient.

 

2.1 Daniell-Element

Beim Daniell-Element handelt es sich um eine historisch bedeutsame galvanische Zelle und dient im Schulunterricht häufig als Einstieg zum Thema "Galvanische Zellen". Dieses Element besteht aus einer Zink- und einer Kupferhalbzelle: 

 02-01-e-daniell-element

 

Auswertung des Versuchs:
Im „Außenkreis“ fließen Elektronen (z.B. durch einen Motor oder einem Spannungsmesser/Voltmeter nachgewiesen). Im Becherglas a ging eine bestimmte Stoffmenge Zink in Lösung:

                  Zn (s)            →         Zn²⁺(aq)     +       2 e⁻

Metallisches Zink löst sich unter Ionenbildung und stellt dabei pro gebildetes Ion 2 Elektronen zur Verfügung.

Im Becherglas b wird eine bestimmte Stoffmenge Kupfer gebildet: 

              Cu²⁺(aq) + 2 e⁻ → Cu (s)

Zusammenfassung:
Die Elektronen, die durch Lösen des Zinks entstehen, fließen also durch den Draht zum Kupferstab. Dort entladen sie die Cu²⁺-Ionen in der Umgebung des Kupferstabes.

Gesamtreaktion:


                             Zn (s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)


Oxidation:               Zn                            →    Zn²⁺(aq) + 2 e⁻
Reduktion:              Cu²⁺(aq) + 2 e⁻          →   Cu
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Redox:                     Zn (s) + Cu²⁺(aq)     →   Zn²⁺(aq) + Cu (s)

Teilchenglg: Zn (s) + Cu²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) → Zn²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) + Cu (s)

Rktgl mit Verhältnisformeln:   Zn (s) + CuSO₄ (aq)  → ZnSO₄ (aq)  + Cu (s) 

 

                           02-01-g-daniell-element

 

Hinweis: poröse Trennwand verhindert die Vermischung.
Wenn Cu²⁺-Ionen in Kontakt mit der Zink-Elektrode in Kontakt käme, würden die Elektronen direkt übertragen ⇨ kein Stromfluss

 

Das Daniell-Element mit allen ablaufenden Vorgängen

02-01-f-daniell-element

Elektrolyt = Leiter 2. Klasse (leitet den Strom durch Ionenwanderung).

 

Weitere galvanische Elemente

vgl. dazu Arbeitsblatt und Praktikum. Ergebnis der Spannungsmessung unterschiedlicher galvanischen Elemente kann aus folgender Abbildung entnommen werden: 

02-01-k-redoxreihe-mit-spannungen

 

Hier sind unterschiedliche Halbzellen dargestellt. Ganz oben das Daniell-Element (Hinweis: Die Spannungsangaben beruhen auf den Experimenten; sie sind noch keine Standardelektrodenpotentiale). Darunter ein galvanisches Element, welches aus einer Zink- und einer Silberhalbzelle besteht. Das dritte galvanische Element besteht aus einer Kupfer- und einer Silberhalbzelle. Diese Abbildung soll die Zusammenhänge der Halbzellen und den messenden Spannungen erläutern.