Die galvanische Zelle ist eine elektrochemische Zelle, die aus chemischer Energie einen elektrischen Strom gewinnt. Dieses Gerät besteht aus zwei verschiedenen Metallen, die durch eine Salzbrücke oder eine poröse Scheibe zwischen jeder Halbzelle verbunden sind. Es erhält seinen Namen zu Ehren von Luigi Galvani.
Die galvanische Zelle oder Voltaische Säule (benannt nach Alessandro Volta) ähnelt der galvanischen Zelle. Die Entdeckungen von Luigi Galvani und Alessandro Volta ebneten den Weg für elektrische Batterien.
Die Voltaic-Zelle, die erste elektrische Zelle, die ein elektrisches Potenzial in einem Stromkreis bereitstellen kann, gewinnt elektrische Energie aus einer chemischen Reaktion.
Wie funktioniert eine galvanische Zelle?
Eine galvanische Zelle besteht aus zwei Elektroden, die in einen Behälter mit Elektrolyt eingetaucht sind. Im Allgemeinen besteht der Elektrolyt aus zwei Elektrolytlösungen, die über eine Salzbrücke oder ein poröses Septum Ionen austauschen können.
Das Metall in einer galvanischen Zelle löst sich im Elektrolyten mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf. Die Metalle werden beim Auflösen zu positiven Ionen und die Elektronen bleiben im ungelösten Teil.
Als Ergebnis erhält das in die Elektrolytlösung eingetauchte Metall eine negative Nettoladung, wenn der Elektrolyt positiv geladen wird. Wenn eine elektrische Verbindung besteht, fließen die Elektronen und erzeugen einen elektrischen Strom.
Was ist Anode und Kathode?
Die Anode ist das aktivste Metall, beispielsweise metallisches Zink. Die Kathode ist das inaktivste Metall, beispielsweise metallisches Kupfer.
Gleichzeitig erscheint im Elektrolyten ein gleicher elektrischer Strom, jedoch mit positiven Ionen. Die Anodenionen werden auf den Elektrolyten übertragen. Gelöste Ionen werden auch auf die Kathode übertragen, die das am wenigsten aktive Metall ist.
Auf diese Weise wird die Anode verbraucht oder korrodiert. Wenn das Anodenmaterial vollständig aufgebraucht ist, hört der elektrische Strom auf.
Metall kann als Brennstoff angesehen werden, der dem Gerät die Energie liefert.
Ein ähnlicher Prozess ist die Elektrolyse. Der elektrische Strom im Elektrolyten ist gleich dem Strom im äußeren Stromkreis. Das heißt, der gesamte Stromkreis wird sowohl durch den äußeren Weg der Elektronen als auch durch den Teil des Elektrolyten gebildet, den die positiven Ionen durchlaufen.
Es gibt einen Elektronenfluss von der Anode, den oxidierten Ionen, zur Kathode, den reduzierten Atomen (die Elektronen aufnehmen). Dieser durch eine Oxidations-Reduktions-(Redox-)Reaktion erzeugte Strom bildet den von der galvanischen Zelle erzeugten elektrischen Strom.
Galvanische Zelltypen
Von den Arten von galvanischen Zellen unterscheiden wir drei:
Konzentrationszelle
Eine Konzentrationszelle ist eine Primärzelle (nicht wiederaufladbar), die zwei galvanische Halbzellen mit der gleichen chemischen Spezies, aber mit unterschiedlichen Konzentrationen verwendet.
Eine solche Zelle kann beispielsweise aus zwei Kupferelektroden bestehen, die in zwei Lösungen mit Kupfersulfat (CuSO 4 ) eingetaucht sind . Die beiden Lösungen haben unterschiedliche Konzentrationen und die Elektroden sind durch ein poröses Septum oder durch eine Salzbrücke getrennt.
Die Batterie entlädt sich, wenn die Elektrolytkonzentration in den beiden Halbzellen gleich ist.
Elektrolytzelle
Eine Elektrolysezelle besteht aus zwei Elektroden, die in einen Tank mit Elektrolyt eingetaucht sind. Im Allgemeinen besteht der Elektrolyt aus zwei Elektrolytlösungen, die über eine Salzbrücke oder ein poröses Septum Ionen austauschen können.
An der Anode findet eine Oxidationsreaktion statt. Andererseits findet an der Kathode eine Reduktionsreaktion statt. Das Ergebnis ist, dass in der Zelle eine Redoxreaktion stattfindet, die externe elektrische Energie nutzt, um sie zu erzeugen.
Die Vorzeichen der Pole sind gegenüber einer galvanischen Zelle umgekehrt. In einer Elektrolysezelle ist die Anode der Pluspol, während die Kathode der Minuspol ist.
Elektrochemische Zelle
Elektrochemische Zellen bestehen aus zwei Halbelementen, auch Halbzellen genannt.
Diese Halbelemente werden durch eine semipermeable Membran getrennt gehalten oder sind in separaten Behältern enthalten, die durch eine Salzbrücke verbunden sind. Durch die Verbindung der Halbelemente setzt ein Halbelement durch die Oxidationsreaktion Elektronen frei. Diese Elektronen werden wiederum auf die anderen übertragen, um die Reduktionsreaktion auszulösen.