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Genaue Messung der Zellspannungen

Das Daniell- Element ist ein Beispiel für zwei Redoxreaktion zwischen einem Metall und seinem dazugehörigen hydratisierten Metall-Ion (Kupfer mit Kupfer- Ion und Zink und Zink-Ion). Ein Metall und sein zugehöriges hydratisiertes Metall-Ion bezeichnet man als Redoxpaar. Werden Ionen oxidiert oder reduziert, so laden sich die jeweiligen Elektroden auf. Damit besitzten sie ein elektrisches Potential. Schließt man an die beiden Elektroden eines galvanischen Elements ein Voltmeter an, so misst man eine Spannung (die Potentialdifferenz). Ordnet man die Redoxpaare nach ihren Elektrodenpotential, erhält man eine Spannungsreihe.

Um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern wird hier ein anderer Versuchsaufbau verwendet:
Geräte und Chemiekalien:???
Versuchsaufbau:???
Versuchsdurchführung:???
Versuchsbeobachtung:???
Versuchserklärung:???

Die Standard-Wasserstoffhalbzelle

Da das elektrisches Potential abhängig vom Redoxpaar und der Konzentration der Ionen in der wässrigen Lösung ist, verwendet man ein Redoxpaar, mit dem man die Potentialdifferenz (Spannung) besonders genau messen kann. Es ist die Standard-Wasserstoff-Halbzelle. Die Standard-Wasserstoff-Halbzelle besteht aus einem Platinblech (Platinelektrode), das bei Standardbedingungen (Luftdruck 1013 hPa, Temperatur 298K) von gasförmigem Wasserstoff umspült wird. Das Platinblech wird in eine einmolare saure Lösung eingetaucht. Man hat vereinbart, dass ihr Potential 0 V beträgt.

An der Oberfläche der Platinelektrode wird Wasserstoff adsobiert (in Atome auf der Platinoberfläche zerlegt). Dadurch entsteht praktisch eine Schicht Wasserstoffatome an der Oberfläche des Platins – die Wasserstoffelektrode. Es entsteht ein Gleichgewicht zwischen den adsorbierten Wasserstoff-Molekülen und hydratisierten Wasserstoff-Ionen. Der Elektronenaustausch findet an der Platinoberfläche statt, dadurch erhält die Platin-Elektrode ein bestimmtes elektrisches Potential. Die Spannung die mit der Standard-Wasserstoff-Halbzelle gemessen wird, nennt man Standard-Elektrodenpotential (kurz: Redoxpotential).



Durch Messungen aller Standard-Elektrodenpotentiale erhält man die Spannungreihe der Metalle. Eine Metall-Halbzelle, die gegenüber der Standard-Wasserstoff-Halbzelle ein negatives Standardpotential besitzt, wird als Donatorhalbzelle bezeicnet. Bei einem positiven Standardpotential nennt man sie Akzeptor-Halbzelle. Mit Hilfe der Spannungsreihe kann man die Spannungen von galvanischen Zellen berechnen:

Das Zelldiagramm

Eine schnelle und übersichtliche Möglichkeit den Aufbau einer galvanischen Zelle zu beschreiben ist das Zelldiagramm:



Beispiel:



Erstellt von A.N mit kleinen Änderungen von Herrn Ecker 9.11.2013