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Ladung, Strom und Spannung

Die chemische Wirkung des elektrischen Stromes

Was hat die chemische Wirkung von elektrischem Strom mit diesem Auto zu tun?

Abb.1

Wahrscheinlich haben Sie schon einmal in Beschreibungen gelesen, dass heutige Autos vollverzinkt sind. Sie sind damit besser vor Korrosion geschützt. Man erreicht die Vollverzinkung der Karosserie durch das Verfahren der Elektrolyse.

Im Abschnitt Definition der Stromrichtung haben wir bereits erfahren, dass Elektrolyte den elektrischen Strom leiten können. Dies sind meist Lösungen von Salzen, Säuren oder Laugen. Sie bestehen aus elektrisch geladenen Atomen oder Molekülen, den Ionen. Ionen sind also die Ladungsträger, die je nach Vorzeichen ihrer Ladung zum jeweils entgegengesetzten Pol der angeschlossenen Spannungsquelle wandern können. Mit dem Ladungstransport der Ionen ist auch ein Materietransport verbunden. Daher verursacht der elektrische Strom in Elektrolyten eine chemische Wirkung. Es können sich an den Elektroden die im Elektrolyt gelösten Stoffe anlagern, zum Beispiel das Zink an der Autokarosserie, wenn sie als Elektrode eingesetzt wird.

Eine Animation zur Elektrolyse gibt es hier.

Eine weitere Anwendung der chemischen Wirkung von Strom ist das Speichern von Energie. Ein Beispiel ist die Batterie, genauer das galvanische Element. Ein wesentlicher Bestandteil des galvanischen Elements sind die aus unterschiedlichem Material bestehenden Elektroden, die sich in einem Elektrolyten befinden. Taucht man beispielsweise eine Kohle- und eine Zinkelektrode in Schwefelsäure, so fließt beim Verbinden der Elektroden ein elektrischer Strom.

Welche chemischen Vorgänge spielen hierbei eine Rolle? Die Zinkelektrode enthält Zinkatome, die als positive Zinkionen in den Elektrolyten übergehen (Lösungsdruck). Somit verbleibt ein Elektronenüberschuss in der Zinkelektrode. Die Zinkelektrode wird negativ geladen. Es baut sich nun ein elektrisches Feld zwischen dem mit positiven Zinkionen angereichertem Elektrolyt und der negativ geladenen Zinkelektrode auf. Es ergibt sich bei einer bestimmten Stärke des elektrischen Feldes ein Gleichgewicht zwischen den in den Elektrolyt übergegangenen Zinkionen und den zurückgebliebenen Elektronen. An der Kohleelektrode gibt es keinen Austausch von Material. Allerdings herrscht ein Spannungsgefälle zwischen der Kohle- und der Zinkelektrode, da die Zinkelektrode negativ geladen ist. Schließt man die Elektroden mit Drähten an eine Glühbirne an, so können die überschüssigen Elektronen von der Zinkelektrode zur Kohleelektrode fließen. Dort nehmen positiv geladene Wasserstoffionen aus der Schwefelsäure die Elektronen auf. Dadurch wird die Kohleelektrode positiv geladen. An der Zinkelektrode kommt es zum Ungleichgewicht des elektrischen Feldes, und weitere Zinkionen können wieder in den Elektrolyten übergehen. Die überzähligen Elektronen in der Zinkelektrode können wieder zur jetzt positiven Kohleelektrode fließen.

Diese Vorgänge wiederholen sich, solange die Elektroden miteinander verbunden sind, denn nur dann fließt ein elektrischer Strom. Der Stromfluss endet, wenn sich die Zinkelektrode aufgelöst hat oder alle Wasserstoffionen der Schwefelsäure entzogen sind.

Auch hier gibt es einen Abschnitt, der die physikalisch chemischen Prozesse, die in einer Batterie ablaufen, ausführlich erklärt.

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