Was ist eine galvanische Zelle?
Eine galvanische Zelle, auch galvanisches Element genannt, ist ein Gerät, das die chemische Energie einer Redoxreaktion in elektrische Energie umwandelt. In der Schule behandelt man meist die Zink-Kupfer-Zelle. Eine Zinkelektrode taucht in eine Zinksalzlösung, eine Kupferelektrode in eine Kupfersalzlösung. Ein Draht verbindet die beiden Elektroden, eine Salzbrücke die beiden Lösungen.
| Teil | Was passiert? | Reaktion |
|---|---|---|
| Anode (Zink, −) | Zink gibt Elektronen ab und wird oxidiert | Zn → Zn2+ + 2e− |
| Kathode (Kupfer, +) | Kupferionen nehmen Elektronen auf und werden reduziert | Cu2+ + 2e− → Cu |
| Draht | Elektronen fließen von der Anode zur Kathode | — |
| Salzbrücke | Ionen wandern und halten die Lösungen neutral | — |
Gesamtreaktion: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu. Zink ist reaktiver als Kupfer und gibt deshalb seine Elektronen ab. Bei Ionenkonzentrationen von 1 mol/l hat diese Zelle eine Spannung von 1.10 V.
Ohne Salzbrücke bleiben die Lösungen nicht neutral, und es fließt fast kein Strom. Während die Zelle läuft, löst sich die Zinkelektrode auf, und an der Kupferelektrode scheidet sich Kupfer ab. Mehr über Oxidation und Reduktion liest du im Artikel Elektronenübertragung.
Betreibe eine galvanische Zelle in der App Nalukh chem
Dieser Simulator gehört zum Vollzugriff. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung nutzbar.
Wie benutzt du den Simulator?
Beim Öffnen des Simulators ist der Stromkreis geschlossen, und die Glühbirne leuchtet.
- Finde im linken Becherglas die Elektrode mit der Aufschrift Zn − und im rechten Becherglas die Elektrode mit der Aufschrift Cu +. Der grüne Bogen zwischen den beiden Bechergläsern ist die Salzbrücke.
- Beobachte, wie die gelben Punkte, die Elektronen, vom Zink durch den Draht und die Glühbirne zum Kupfer fließen.
- Drück auf den Button 💡 Stromkreis geschlossen – zum Unterbrechen tippen. Die Glühbirne geht aus, und die Elektronen verschwinden.
- Drück auf den Button 🔌 Stromkreis offen – zum Schließen tippen, um den Stromkreis wieder zu schließen.
Der Simulator animiert nur den Elektronenfluss. Er zeigt nicht, wie die Ionen wandern oder wie sich die Elektroden verändern.
Aufgaben für den Simulator
- Unterbrich den Stromkreis und schließ ihn wieder. In welche Richtung fließen die Elektronen? Antwort: Von Zink zu Kupfer, von der Anode zur Kathode.
- Warum geht die Glühbirne aus, wenn der Stromkreis unterbrochen ist? Antwort: Der Weg für die Elektronen ist unterbrochen.
- Erkläre, warum die Zinkelektrode ein Minuszeichen trägt. Antwort: Zink gibt Elektronen ab, und die zusätzlichen Elektronen bleiben auf der Elektrode.
- Berechne aus der Anodenreaktion: Wie viel Mol Elektronen fließen, wenn 1 Mol Zink oxidiert wird? Antwort: 2 Mol.
Häufige Fehler
- Glauben, dass die Anode immer positiv ist. In einer galvanischen Zelle ist die Anode negativ und die Kathode positiv. Bei der Elektrolyse ist es umgekehrt: Die Anode ist positiv und die Kathode negativ. In beiden Fällen findet aber an der Anode die Oxidation und an der Kathode die Reduktion statt.
- Glauben, dass Elektronen durch die Lösung wandern. Elektronen fließen nur durch den Draht. Durch die Lösungen und die Salzbrücke wandern Ionen.
