Galvanische Zelle im Überblick

  • Eine galvanische Zelle oder auch galvanisches Element und galvanische Kette besteht aus einem räumlich getrennten Redoxsystem mit zwei Halbelementen oder galvanischen Halbzellen. In einer Halbzelle findet die Oxidation, in der anderen die Reduktion statt.

  • Eine galvanische Zelle liefert elektrische Energie. Die Spannung zwischen den Halbzellen wird als elektromotorische Kraft bezeichnet.

  • Galvanische Zellen bestehen aus metallischen Elektroden, die in eine Salzlösung (Elektrolytlösung) eintauchen.

  • Der Pluspol einer galvanischen Zelle wird Kathode genannt, der Minuspol trägt die Bezeichnung Anode.

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Quelle sofatutor.com

Galvanische Zelle – Erklärung und Definition

Jede Halbzelle eines galvanischen Elements besteht aus verschiedenen metallischen Elektroden, die in eine Elektrolytlösung tauchen. Verbunden sind die Halbelemente über einen Draht. Je unedler das Metall ist, desto höher sein Bestreben, Elektronen abzugeben. Es findet also eine Oxidation statt. Das Metall geht dabei in Lösung. Dieser Vorgang findet am Minuspol, der Anode, statt. Die Elektronen fließen über den Draht zur Halbzelle mit dem edleren Metall. Die Elektrode gibt die Elektronen an die Elektrolytlösung ab. Kationen, also positiv geladene Ionen, in der Lösung nehmen die Elektronen auf und werden reduziert. Dieser Vorgang findet am Pluspol, der Kathode, statt. Die beiden Halbzellen sind durch eine poröse Membran, die für bestimmte Ionen durchlässig ist, getrennt. Diese Trennwand trägt in der Chemie die Bezeichnung Diaphragma. Über das Diaphragma einer galvanischen Zelle erfolgt der Ladungsausgleich und der Stromkreis wird geschlossen. Die Vorgänge in einem galvanischen Element sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Anode; Donatorhalbzelle Kathode; Akzeptorhalbzelle
unedleres Metall edleres Metall
Oxidation: Metall gibt Elektronen ab. Reduktion: Ion nimmt Elektronen auf und wird zu Metall reduziert.
Minuspol Pluspol

Galvanische Zelle – Beispiele

Als konkretes Beispiel einer galvanischen Zelle werden hier die Vorgänge an dem sogenannten Daniell-Element erläutert. Das Daniell-Element ist eine galvanische Zelle aus einer Zinkelektrode in einer Zinksulfatlösung und einer Kupferelektrode in einer Kupfersulfatlösung. Die Zinkelektrode bildet die Anode, die Kupferelektrode die Kathode. Zink wird oxidiert und die abgegebenen Elektronen wandern zur Kupferelektrode. Hier reduzieren sie Kupferionen zum Kupfer, das sich an der Kupferelektrode abscheidet. Für diesen Vorgang ist folgende Schreibweise üblich:

Zn/Zn2+//Cu2+/Cu

Die Reaktionen in einem Daniell-Element werden durch folgende Reaktionsgleichungen beschrieben:

Anode: Zn → Zn2+ + 2e

Kathode: Cu2+ + 2e → Cu

Das Daniell-Element ist also eine galvanische Batterie, genauer gesagt eine Zink-Kupfer-Batterie. Batterien liefern für eine begrenzte Zeit elektrischen Strom. Die Elektroden werden irgendwann unbrauchbar, z. B. löst sich die Zinkelektrode im gerade vorgestellten Beispiel auf. Batterien werden auch als Primärelemente bezeichnet. Weitere Beispiele für galvanische Zellen, die als Batterien funktionieren, sind das Leclanche-Element und die Alkali-Mangan-Batterie.

Im Gegensatz zu Batterien können Akkumulatoren oder Sekundärelemente immer wieder aufgeladen werden. Beispiele hierfür sind der Zink-Iod-Akku und der Lithium-Ionen-Akku.

Galvanische Zelle – Brennstoffzelle

Ein weiteres Beispiel für eine galvanische Zelle ist die Brennstoffzelle. Ein typisches Beispiel ist die Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzelle mit einer Wasserstoffhalbzelle und einer Sauerstoffhalbzelle. Die Gase werden an Nickelelektroden in die Elektrolytlösung eingeblasen, die aus Kalilauge besteht. Die Redoxreaktion in dieser Brennstoffzelle wird durch folgende Reaktionsgleichungen beschrieben:

Anode: 2H2 + 4OH → 4H2O + 4e

Kathode: O2 + 2H2O + 4e → 4OH

Elektrolyse und galvanische Zelle

Von der galvanischen Zelle zu unterscheiden ist die Elektrolyse. Auch bei der Elektrolyse handelt es sich um eine elektrochemische Zelle. Allerdings findet bei der Elektrolyse eine erzwungene Redoxreaktion statt. Es ist also die Umkehrung eines galvanischen Elements. Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Durch Elektrolyse können Materialien galvanisiert werden. Einfach erklärt bedeutet galvanisieren die Herstellung eines metallischen Überzugs. Zum Beispiel können galvanische Überzüge aus Gold, Silber, Chrom etc. hergestellt werden.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Galvanische Zelle

Galvanische Zellen bestehen aus zwei räumlich getrennten metallischen Elektroden, die in eine Elektrolytlösung eintauchen. An den Elektroden findet eine Redoxreaktion statt, die elektrische Energie liefert.

Durch die Redoxvorgänge können sich die Elektroden abnutzen und die Ionen in der Elektrolytlösung werden verbraucht. Wenn nicht mehr ausreichend Oxidations- und Reduktionsmittel zur Verfügung stehen, kommen die Vorgänge in einer galvanischen Zelle zum Erliegen.

Die Kathode ist der Pluspol einer galvanischen Zelle.

Die Kathode ist der Pluspol, die Anode der Minuspol einer galvanischen Zelle.

Galvanische Elemente sind Batterien, wenn sie für einen bestimmten Zeitraum elektrische Energie liefern. Diese galvanischen Zellen werden auch als Primärelemente bezeichnet. Eine Batterie funktioniert also wie eine galvanische Zelle.

Batterien sind galvanische Elemente. Alle Geräte, die mit Batterien betrieben werden, verwenden also galvanische Elemente.

Die meisten Batterien liefern eine Spannung von 1,5 V.

Steckt man in das Fruchtfleisch einer Zitrone Zink- und Kupferbleche und verbindet diese über einen Draht, fließt Strom. Die Fruchtsäure liefert die notwendige Elektrolytlösung.

Eine Batterie ist eine galvanische Zelle. Aus chemischer Energie wird über Redoxreaktionen elektrische Energie erzeugt.

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