Das Video kommt von YouTube: erst beim Abspielen verbindet sich die Seite mit YouTube (Google).
Galvanische Zelle | Daniell-Element | Galvanisches Element | Chemie Endlich Verstehen
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 58 Zeilen
- Chemie endlich verstehen, heute mit dem Thema galvanische Zellen am Beispiel des Daniel-Elements. Als wichtiges Vorwissen solltet ihr
- Redoxreaktionen und Redoxgleichungen kennen und auch die Redoxreihe der Metalle. Falls ihr dazu noch Videos braucht, findet ihr die in der
- Beschreibung. Grundsätzlich erstmal, was ist ein galvanisches Element, was ist eine galvanische Zelle? Galvanische Zellen
- liefern uns Strom aus Redoxreaktionen und eine der ersten Aufbauten war das Daniel-Element, das besteht aus Zink- und Kupferhalbzellen.
- Jetzt aber erstmal der grundsätzliche Aufbau. Wir finden auf der einen Seite eine Elektrode,
- die ist in diesem Fall ein Zinkstab, und ein Elektrolyten, also eine Flüssigkeit, in die diese Elektrode taucht, in diesem Fall Zinksulfat.
- Die Elektrode und der Elektrolyt passen im Normalfall zusammen, das heißt Zink und z.B. Zinksulfat, und auf der anderen Seite eine Kupferelektrode
- in Kupfersulfat. Die beiden Halbzellen, so nennt man die Hälften, werden durch ein Diaphragma getrennt, ähm, damit die Lösungen, die
- Elektrolyte sich nicht einfach durchmischen. Zwischen diesen beiden Halbzellen schließt man dann einen Motor, eine
- Lampe oder was auch immer an, um den elektrischen Strom, der hier zwischen fließt, zu nutzen. Welche Prozesse laufen ab?
- In der Zinkhalbzelle reagieren Zinkatome zu Zinkionen. Dabei geben sie Elektronen ab, Zink gibt
- zwei Elektronen ab, und diese werden übertragen über den elektrischen Leiter auf die Kupferhalbzelle. In der Kupferhalbzelle reagieren diese zwei
- Elektronen mit Kupferionen aus der Lösung, aus dem Elektrolyten, zu Kupferatomen. Das heißt, an der Zinkelektrode gehen die ganze Zeit
- Zinkatome als Ionen in Lösung und auf der anderen Seite gehen Kupferionen aus der Lösung und setzen sich am an der Elektrode ab.
- Dadurch haben wir den Effekt, dass diese Seite des galvanischen Elements positive Ladung verliert. Das heißt, wir
- müssen irgendwie die Ladung ausgleichen, darum wandern positive Ionen aus der linken in die rechte Halbzelle und gleichzeitig auch negativ geladene
- Sulfat-Ionen aus der rechten in die linke Halbzelle. Dadurch, dass die Ionen der Lösung wandern können und die Elektronen über
- den elektrischen Leiter ausgetauscht werden können, sind diese beiden Halbzellen elektrisch leitend miteinander verbunden und der Stromkreis
- ist so geschlossen. Wenn wir uns das als chemische Reaktionsgleichung angucken, haben wir
- auf der linken Seite die Oxidation. Das heißt, hier reagieren Zinkionen, geben Elektronen ab, reagieren zu Zink-2-Plus-Ionen
- und den zwei Elektronen. Auf der anderen Seite findet die Reduktion statt. Das heißt, die Kupferionen reagieren mit den Elektronen, die aus der anderen Seite
- kommen und bilden Kupferatome. Wenn wir das als Gesamtgleichung aufstellen, sieht das Ganze so aus.
- Jetzt gibt's noch ein paar Fachbegriffe für dieses galvanische Element, diese galvanische Zelle. Auch die beiden Begriffe sind äquivalent zu benutzen.
- Die Seite, die die Elektronen abgibt, wird als Minuspol bezeichnet. Die Seite, die die Elektronen aufnimmt, als Pluspol. Das kann man hier oben auch
- markieren. Die Minus, der Minuspol wird auch als Anode bezeichnet, bzw. Die andere Seite als Kathode. Das könnt
- ihr euch auch merken mit Anode Oxidation, Kathode Reduktion. Das heißt, in diesem Fall Vokale A und O, Konsonanten
- K und R. Außerdem gibt es noch die Begriffe Donator-Halbzelle, Donare wie abgeben.
- Diese Seite gibt die Elektronen ab, Akzeptor, dieses nimmt die Elektronen auf.
- So eine Halbzelle kann man auch bzw. so ein galvanisches Element kann man auch noch abkürzen mit einem Zelldiagramm. Das heißt Zn Zn steht für die
- Elektrode, für den Zinkstab, Zn+ für die Ionen, die in der Lösung sind. Es gibt auch die Schreibweise, wo man hier ZnSO4 schreibt, also die komplette Formel des
- Elektrolyten und dann hier die Konzentration. Die andere Seite, das hier, dieses zwei Schrägstriche symbolisieren das Diaphragma.
- Auf der anderen Seite kommen dann Cu2+ oder CuSO4 für den Elektrolyten mit Konzentration und Cu für die Elektrode.
- Nun der theoretische Hintergrund. Die wichtigen Begriffe in diesem Fall sind die Lösungstension und die elektrochemische Doppelschicht.
- Also, grundsätzlich ist die Lösungstension einfach nur die Fähigkeit eines Metalls in wässriger Lösung Ionen zu bilden. Das heißt, wenn ihr euch
- vorstellt, wir nehmen ein Wasserglas oder ein Becherglas mit Wasser und halten da einen Metallstab rein, dann gehen einfach Metallatome als Ionen in
- Lösung und die Elektronen bleiben in dem Metallstab zurück. Dann ergibt sich natürlich die Frage, warum geht da nicht das ganze Metall
- vollständig in Lösung? Ihr wisst, wenn ihr einen Nagel in Wasser werft, löst er sich nicht vollständig im Wasser.
- Da kommt der nächste Fachbegriff ins Spiel, und zwar die elektrochemische Doppelschicht. Je länger ihr diesen Metallstab ins
- Wasser haltet, desto mehr Ionen gehen in Lösung. Bzw. desto mehr Atome gehen als als Ionen in Lösung und es entsteht so eine
- Schicht aus positiv geladenen Metallkationen und negativen Elektronen. Und zwischen diesen negativ geladenen Elektronen beziehungsweise der negativ
- aufgeladenen Elektrode und dem äh und dem Metallkation gibt es Anziehungskräfte. Dadurch, dass die Metallkationen jetzt
- von der vom negativ geladenen Metall angezogen werden, gibt es auch die Rückreaktion. Das heißt, diese Metallkationen reagieren auch wieder zu
- Metallatomen und bleiben dann wieder am Stab. Und dann stellt sich einfach ein Gleichgewicht ein. Das heißt, wir haben
- das Metall, das zu zum Ion reagiert, vom Stab aber angezogen wird und dann wieder zurück zum Metallatom reagiert.
- Nun zur Entstehung der Spannung beziehungsweise dazu, warum hier ein Strom fließen kann. Die Lösungstension kennt ihr jetzt
- schon. Das heißt, ihr wisst, wenn wir Zink und Kupfer in diese Halbzellen eintauchen, ähm bilden sich gleich Ionen an der Oberfläche. Aber man muss
- beachten, dass je unedler ein Metall ist, desto stärker ist die Lösungstension. Das heißt, an dieser Stelle haben wir auf der Seite des Zinks
- viel mehr Ionen in Lösung und eine viel negativer aufgeladene ein viel negativer aufgeladenes Metall als auf der Kupferseite. Das heißt, hier gehen mehr
- Ionen in Lösung. Die Zinkseite lädt lädt sich viel negativer auf. Wenn wir nun diese beiden ähm Halbzellen, diese beiden Elektroden mit
- einem Draht verbinden würden, würden die Elektronen nun von der Seite, die stärker negativ aufgeladen ist, das
- heißt, von der Zinkseite, zur Kupferseite, die weniger negativ aufgeladen ist, rüberfließen. Das kann man sich vorstellen, hier sind
- mehr Elektronen, hier sind weniger Elektronen. Es würde zu einem Ausgleich kommen und die Elektronen würden rüber fließen.
- Wenn wir jetzt das Ganze nicht leitend verbinden, sondern eine Spannung messen, Spannungsgeräte haben ja einen sehr, sehr hohen Innenwiderstand, so dass kein
- Strom fließen kann, dass so, dass wir dann erst die Spannung messen können, könnten wir eine Spannung von 1,1 Volt messen.
- Diese Spannung können wir nur messen, weil die Elektroden ein Elektroden- oder ein Redoxpotential haben. Das heißt, die haben die Fähigkeit, eine
- elektrische Spannung zu liefern. Die Spannung selbst, die wir hier messen, ist eigentlich nur die Potentialdifferenz, das heißt, der
- Unterschied zwischen diesen beiden. Negativer aufgeladen, weniger negativ aufgeladen. Der Unterschied, den wir messen, ist dann die Zellspannung.
- Ich hoffe, ihr habt soweit alles verstanden. Bis bald.
Zum Nachlesen
HalbzelleDie Halbzelle (Halbelement) ist Bestandteil des galvanischen Elements. Sie setzt sich zusammen aus einer Elektrode (z. B. Metallstab, Metallblech, Graphit),
Daniell-ElementDas Daniell-Element (auch Daniell'sches Element) ist eine historische galvanische Zelle, die aus einer Zink- und einer Kupfer-Halbzelle besteht.
AkzeptorhalbzelleIn einem Galvanischen Element ist immer die Halbzelle mit dem positiveren Normalpotential die Akzeptorhalbzelle. In einem Daniell-Element ist die Halbzelle mit …
Elektrochemische SpannungsreiheDie elektrochemische Spannungsreihe ist eine Auflistung von Redox-Paaren nach ihrem Standardelektrodenpotential (Redoxpotential unter Standardbedingungen …