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Die Doppelschicht

Ein Zinkblech in Zinksulfat-Lösung sieht völlig ruhig aus — und lädt sich trotzdem elektrisch auf.

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Metall in der Lösung seiner Ionen

Taucht ein Metall in die Lösung seiner Ionen, laufen an der Oberfläche zwei Vorgänge gegeneinander.

  • Halbzelle:Metallstab (Elektrode) in einer Lösung seiner Ionen, z. B. Zink in Zinksulfat-Lösung.
  • Lösen:\(\ce{Zn -> Zn^2+ + 2 e-}\) — Ionen gehen in Lösung, die Elektronen bleiben im Metall.
  • Abscheiden:\(\ce{Zn^2+ + 2 e- -> Zn}\) — Ionen aus der Lösung nehmen Elektronen auf.
  • Gleichgewicht:\(\ce{Zn <=> Zn^2+ + 2 e-}\) — bald laufen Lösen und Abscheiden gleich schnell.
  • Doppelschicht:Das Metall ist negativ geladen; die positiven Ionen sammeln sich direkt davor in der Lösung.
  • Redoxpaar:Jede Halbzelle enthält ein Redoxpaar, hier \(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\).
Merke

Elektrochemische Doppelschicht: Elektronenüberschuss im Metall und eine Schicht positiver Ionen in der Lösung stehen sich an der Oberfläche gegenüber.

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Unedel und edel im Vergleich

  • Unedles Metall:Magnesium, Zink, Eisen geben leicht Elektronen ab — viele Ionen gehen in Lösung, großer Elektronenüberschuss.
  • Edles Metall:Kupfer, Silber geben Elektronen schwer ab — kaum Ionen in Lösung, das Metall bleibt viel weniger negativ.
  • Elektrodenpotenzial:elektrisches Potenzial der Elektrode gegenüber ihrer Lösung; je unedler das Metall, desto negativer.
  • Messbarkeit:Ein einzelnes Elektrodenpotenzial lässt sich nicht messen — nur der Unterschied zwischen zwei Halbzellen.

Wähle links ein unedles und rechts ein edles Metall. Starte mit ▶ oder schiebe die Zeit (Tastatur: Pfeiltasten am Regler) und beobachte, wie sich die Doppelschichten aufbauen. „Überlagert“ legt beide Ladungsverteilungen übereinander.

Zwei Metalle, zwei Doppelschichten

Halte fest: Das unedlere Metall lädt sich stärker negativ auf — genau dieser Unterschied der beiden Elektrodenpotenziale wird zwischen zwei Halbzellen zur Spannung.

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Allgemeine Hinweise

Winzige Mengen

Es gehen nur unvorstellbar wenige Ionen in Lösung — Masse und Aussehen des Metalls ändern sich nicht sichtbar. Das Modell übertreibt.

Merkhilfe

Unedel = gibt Elektronen leicht ab = stärker negativ geladen. Edel = hält seine Elektronen fest.

Kein Stromfluss

In einer einzelnen Halbzelle fließt kein Strom: Das Gleichgewicht stellt sich ein, und dann bleibt die Ladung konstant.

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