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Tutorial MenueElektrochemieLerneinheit 1 von 9

Elektrochemie Grundlagen

Einelektrodenpotenziale

Wir betrachten eine Halbzelle, d.h. eine Metallelektrode (hier: ein Zinkstab) die in eine Lösung von Metallionen (hier: Zinkionen) eintaucht. Die folgende Animation zeigt, was passiert, wenn der Stab in die Lösung eintaucht.

Erklärung des Phänomens

Es treten 2 Phasen auf mit den Potenzialen: μ α des Stabes und μ β der Flüssigkeit. Rein thermodynamisch gesehen, gilt für die beiden Phasen der Halbzelle:

μ α = μ β

Es liegen jedoch geladene Teilchen vor, weshalb ein Abstoßungseffekt auftritt. Daraus ergibt sich ein zusätzliches Potenzial, das zusammen mit dem thermodynamischen das so genannte elektrochemische Potenzial ergibt:

μ ˜ i α = μ ˜ i β

Dieses zusätzliche Potenzial nennt man Galvani-Potenzial ϕ , das auch als inneres Potenzial bezeichnet wird. Es kann nicht mit messbaren Größen verknüpft werden. Die Gleichung für das elektrochemische Potenzial einer Phase lautet:

μ ˜ i α = μ i α + z i F ϕ α ,

wobei z i die Anzahl der Ladungsträger (Ionen, Elektronen) ist.

Betrachtet man nun eine solche Halbzelle, so ist der Ladungstransport über die Phasengrenze hinweg mit Arbeit verbunden. Bei solchen Halbzellen läuft die Reaktion an der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode ab. Es werden also Ionen an der Elektrode abgeschieden bzw. Ionen gehen in Lösung, weil das elektrochemische Potenzial in einer der beiden Phasen größer ist als in der anderen. Der Stoffübergang kommt dann zum Stillstand, wenn Gleichgewicht herrscht, d.h. das elektrochemische Potenzial in beiden Phasen gleich ist. Damit folgt:

μ ˜ i = μ i 0 + R T ln a i + z i F ϕ .
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