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Die galvanische Zelle

Zwei Metalle, zwei Salzlösungen und ein Streifen salzgetränktes Papier — und das Messgerät zeigt 1,1 Volt.

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Zwei Halbzellen koppeln

  • Anknüpfung (4.2.1):Jede Halbzelle trägt eine Doppelschicht; Zink lädt sich stärker negativ auf als Kupfer.
  • Daniell-Element:Zinkblech in ZnSO₄-Lösung und Kupferblech in CuSO₄-Lösung — zwei Halbzellen.
  • Äußerer Leiter:Ein Draht verbindet die Elektroden; Elektronen fließen vom Zink (mehr Elektronenüberschuss) zum Kupfer.
  • Salzbrücke oder Diaphragma:leitet Ionen, schließt so den Stromkreis und verhindert, dass sich die Lösungen mischen.
  • Donator und Akzeptor getrennt (4.1.4):Zink gibt Elektronen ab, Cu²⁺ nimmt sie auf — über den Draht statt durch direkten Kontakt.

Baue ein Daniell-Element: Wähle unten ein Bauteil (Klick oder Enter) und setze es auf einen passenden Platz im Aufbau. Ein Klick auf ein eingesetztes Bauteil legt es zurück. Achtung: Nicht jedes Bauteil gehört in die Zelle.

Daniell-Element bauen

Halte fest: Eine galvanische Zelle braucht zwei Halbzellen aus Metall und eigener Ionenlösung, einen Draht für die Elektronen und eine Salzbrücke für die Ionen. Die Elektronen fließen vom Zink (Minuspol) zum Kupfer (Pluspol).

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Vorgänge und Spannung

  • Minuspol (Anode):Oxidation \(\ce{Zn -> Zn^2+ + 2 e-}\) — das Zinkblech wird leichter.
  • Pluspol (Kathode):Reduktion \(\ce{Cu^2+ + 2 e- -> Cu}\) — auf dem Kupferblech scheidet sich Kupfer ab.
  • Ionenwanderung:Anionen wandern zur Anodenseite, Kationen zur Kathodenseite — beide Lösungen bleiben elektrisch neutral.
Merke

Daniell-Element: \(\ce{Zn + Cu^2+ -> Zn^2+ + Cu}\), Zellspannung \(U \approx 1{,}10\,\text{V}\) (c = 1 mol/L, 25 °C)

  • Zelldiagramm:\(\mathrm{Zn}\,|\,\mathrm{Zn^{2+}(aq)}\,\|\,\mathrm{Cu^{2+}(aq)}\,|\,\mathrm{Cu}\) — Anode links, „|“ Phasengrenze, „‖“ Salzbrücke.
  • Zellspannung:Differenz der beiden Elektrodenpotenziale; stromlos (hochohmig) gemessen.
  • Energie:Chemische Energie wird direkt in elektrische Energie umgewandelt — statt als Wärme frei zu werden.
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Allgemeine Hinweise

Anode über den Vorgang definieren

Anode ist immer die Elektrode, an der oxidiert wird. In der galvanischen Zelle ist sie der Minuspol — merke die Definition über den Vorgang, nicht über das Vorzeichen.

Keine Elektronen in der Lösung

Im Draht fließen Elektronen, in Lösungen und Salzbrücke wandern nur Ionen. Pfeile für e⁻ gehören nie durch die Salzbrücke.

Zellspannung stromlos messen

Ein hochohmiges Voltmeter lässt kaum Strom fließen und zeigt die volle Zellspannung. Fließt ein großer Strom, sinkt die gemessene Spannung.

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