Die kurzgeschlossene Zelle
- Anknüpfung (4.2.3):Eine galvanische Zelle braucht zwei verschiedene Elektroden, einen Elektrolyten und eine leitende Verbindung. Berühren sich zwei Metalle direkt, ersetzt die Kontaktstelle den Draht.
- Lokalelement:kurzgeschlossene galvanische Zelle im Kleinen — ohne Verbraucher, die Energie wird als Wärme frei.
- Anodenteil:das unedlere Metall; es wird oxidiert und löst sich auf (Korrosion).
- Kathodenteil:das edlere Metall; es wird nicht verbraucht, an seiner Oberfläche wird reduziert — in saurer Lösung H₃O⁺, in neutralem Wasser O₂ (4.5.2).
Ein Zinkblech steht in Salzsäure, ein Kupferdraht lehnt daran. Rücke das Kupfer mit dem Regler vom Zink ab und schließe es danach über einen Draht mit Strommesser wieder an — so zerlegst du das Lokalelement in Anoden- und Kathodenteil. Ordne dann rechts jeden Vorgang zu: Klick (oder Enter/→) schaltet weiter, ↑/↓ wechselt die Karte.
Halte fest: Ein Lokalelement ist eine kurzgeschlossene galvanische Zelle. Das unedlere Metall ist der Anodenteil und löst sich auf; am edleren Metall (Kathodenteil) wird reduziert — dort steigt der Wasserstoff auf. Die Berührungsstelle ersetzt den Draht.
Warum Kontakt beschleunigt
- Zink allein:In Salzsäure entsteht H₂ nur langsam: Die Überspannung für Wasserstoff ist an Zink hoch (4.3.3).
- Mit Kupfer:Die Elektronen fließen ins Kupfer; dort ist die H₂-Überspannung klein. Oxidation und Reduktion laufen räumlich getrennt ab und behindern sich nicht → Zink korrodiert viel schneller.
Lokalelement Zn/Cu in Salzsäure: Anodenteil: \(\ce{Zn -> Zn^2+ + 2 e-}\)
Kathodenteil: \(\ce{2 H3O+ + 2 e- -> H2 + 2 H2O}\)
- Kontaktkorrosion:Stahlschraube in Kupferblech, Aluminium an Edelstahl, verzinkte Leitung an Kupferrohr — immer korrodiert das unedlere Metall an der Kontaktstelle.
- Flächenregel:kleine Anode, große Kathode → der gesamte Strom konzentriert sich auf wenig Anodenmetall; es wird schnell durchgefressen.
- Verunreinigungen:Einschlüsse edlerer Metalle (Cu in Zink, Fe in Magnesium) wirken als viele winzige Kathoden.
Allgemeine Hinweise
Gas am falschen Metall?
Der Wasserstoff steigt am Kupfer auf, obwohl sich das Zink auflöst. Das Kupfer reagiert nicht — es liefert nur die Oberfläche, an der H₃O⁺ die Elektronen des Zinks aufnimmt.
Edel heißt nicht geschützt für beide
Das edlere Metall bleibt heil, das unedlere korrodiert schneller als ohne Kontakt. Ein Lokalelement schadet also immer dem unedleren Partner.
Gedanklich zerlegen
Zeichnen Sie jedes Lokalelement als galvanische Zelle: zwei Halbzellen, ein Draht, kein Verbraucher. Dann lassen sich Anode, Kathode, Elektronen- und Ionenfluss wie in 4.2.3 bestimmen.