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Galvanisches Element

Galvanisches Element

Man kann Oxidation und Reduktion auch räumlich trennen und die auszutauschenden Elektronen über einen metallischen Leiter fließen lassen.

Abb.1

Jede Lösung bildet mit dem in sie eintauchenden Metall eine Halbzelle. Die beiden Halbzellen werden mit einer Salzbrücke (Stromschlüssel), zum Beispiel mit konzentrierter Kaliumnitratlösung gefüllt, verbunden. Die Wirkungsweise des Stromschlüssels ist folgende: Wenn in der linken Lösung Zn2+ in Lösung geht, erhöht sich die Konzentration der Kationen; gleichzeitig entsteht in der rechten Lösung durch Entladung von Cu2+ ein Anionenüberschuss. Der Ladungsausgleich erfolgt mit Hilfe der Salzbrücke, indem Anionen von rechts nach links wandern.

Zwischen den beiden Halbzellen kann eine Spannung gemessen werden. Verbindet man Zink- und Kupferblech leitend miteinander, so fließen über den Leitungsdraht Elektronen vom Zink zum Kupfer. Dabei finden die Teilreaktionen

Zn Zn2++ 2e Cu2++ 2e Cu

statt, deren Addition die bereits oben formulierte Gesamtgleichung liefert. Bei dieser aufwändigeren Versuchsanordnung kann ein Teil der Reaktionsenthalpie als elektrische Energie gewonnen werden.

Definition
Die Kombination von zwei Halbzellen bezeichnet man als galvanische Zelle, galvanische Kette oder galvanisches Element.
Die Zellspannung ΔE (Potentialdifferenz zwischen den Halbzellen) wird auch EMK (elektromotorische Kraft) genannt.

Bei praktischer Nutzung als Stromquelle ist der Anteil an elektrischer Energie geringer als nach thermodynamischen Beziehungen für reversible Verhältnisse berechnet d.h. man erreicht mit galvanischen Elementen Wirkungsgrade von 80 % bis 90 %. Dies ist allerdings wesentlich mehr als bei der Stromerzeugung mittels Wärmekraftmaschinen. Hier liegt der Wirkungsgrad nur bei ca. 30 %. Insofern sind galvanische Elemente zur Stromerzeugung von beträchtlichem Interesse.

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