Galvanische Zelle

Eine galvanische Zelle oder galvanisches Element ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie. Sie wird in Batterien und Akkumulatoren verwendet.

Die Funktion der galvanischen Zelle beruht auf einer Redox-Reaktion. Die Reduktion läuft räumlich getrennt von der Oxidation in je einer Halbzelle (Halbelement) ab. Durch Verbinden der beiden Halbzellen mit einem Elektronenleiter und einem Ionenleiter wird der Stromkreis geschlossen.

Der Name geht auf den italienischen Arzt Luigi Galvani zurück.

Beispiel

Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und Zinkelektrode in Zinksulfatlösung, verbunden durch einen Draht (Elektronenleiter) mit Voltmeter und einen Ionenleiter.

An der Zinkelektrode gehen mehr Zn²⁺-Ionen in Lösung als sich Zn Ionen wieder abscheiden. Da das Zink Elektronen an die Elektrode abgibt, wenn es in Lösung geht, lädt sich die Elektrode negativ auf.

${\rm {Zn\longrightarrow Zn^{2+}+2e^{-}}}$

An der Kupferelektrode scheiden sich dagegen mehr Cu²⁺-Ionen an der Elektrode ab als in Lösung gehen. Da die Cu²⁺-Ionen zum Abscheiden zwei Elektronen verbrauchen, gibt es an der Kupferelektrode Elektronenmangel, sie lädt sich positiv auf.

${\rm {Cu^{2+}+2e^{-}\longrightarrow Cu}}$

Werden die zwei Elektroden elektrisch leitend verbunden, so entsteht zwar eine Spannung, aber es fließt noch kein Strom. Der Grund dafür ist, dass in der Zinksulfatlösung ein Überschuss an Zn²⁺-Ionen entsteht und die Lösung sich stark positiv auflädt. Also gehen nur noch so viele Zinkionen in Lösung, wie sich gleichzeitig an der Elektrode wieder abscheiden. Ähnliches passiert mit der Kupfersulfatlösung, nur dass sich hier die Lösung negativ auflädt.

Kupfersulfatlösung: c[SO₄^2-] >> c[Cu²⁺]

Zinksulfatlösung: c[SO₄^2-] << c[Zn²⁺]

Deswegen werden die Lösungen mit einer Ionenbrücke verbunden. So können die Zn²⁺ Ionen in die Kupferlösung und die SO₄^2--Ionen in die Zinklösung wandern. Es findet ein Ladungsausgleich zwischen den zwei Lösungen statt und der Strom kann fließen.

Siehe auch

Weblinks