Chemie-Referat – E

Chemie-Referat – E-Chemie
Elektrodenpotentiale / Zellspannungen
Christian, Jannik, Stefan
Gewinnung von Standardelektrodenpotentialen
Man kann eine Halbzelle erstellen, indem man eine
Metallelektrode in die dazugehörige Metalllösung gibt. Es
+
bildet sich ein Elektronendruck, der Elektronen in den Draht
drückt. Wenn man zwei Halbzellen verbindet, ergibt sich eine
Z+
Me2 (aq)
Spannung zwischen ihnen, welche auf die unterschiedlichen
Elektronenpotentiale zurückzuführen ist.
Z+
Me1 (aq)
Wenn Strom fließt, oxidiert die Anode: die Metallatome
Me2(s) werden ionisiert und gehen in der Donatorhalbzelle in Lösung,
Me1(s)
Kathode
Anode
die Ionen der Kathodenlösung (Akzeptorhalbzelle) werden
reduziert und scheiden sich an der Kathode ab.
Man kann nun Spannungsreihen aufnehmen, in welchen die Spannung von einer Metallhalbzelle
zur anderen aufgeführt ist. Da es aber sehr viele mögliche Spannungsreihen gibt, hat man sich auf
eine Bezugshalbzelle geeinigt, die Normalwasserstoffelektrode.
Verbraucher
Normalwasserstoffelektrode (NHE)
Aufbau
Zur Ermittlung von Elektrodenpotentialen werden weltweit Normalwasserstoffelektroden als
Bezugshalbzelle verwendet. Ihr Potential ist per Definition 0V.
Ein platiniertes Platinblech wird in einer sauren Lösung (
c  H 3O    1 mol ) bei einem Luftdruck von 1013 hPa mit
l
StandardWasserstoffelektrode
1 - Platinelektrode
2 - Wasserstoffeinstrom
3 - Lösung mit Säure
(c(H+) = 1 mol/l)
Funktion
Wasserstoff umspült.
Der Wasserstoff lagert sich zum Teil an der Platinelektrode an.
Hierbei stellt sich folgendes Gleichgewicht ein:
Durch den Elektronenaustausch an der Oberfläche des Platins
erhält die Elektrode ein bestimmtes Potential. Je nachdem ob die zu
vermessende Halbzelle gegenüber der NHE als Donator- oder als
Akzeptorhalbzelle wirkt, erhält sie ein negatives bzw. positives
Vorzeichen.
Berechnung von Zellspannungen (am Beispiel einer Zink-Kupfer Halbzelle)
-
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-
Aufschreiben und feststellen der Elektrodenpotentiale:
o Zink:
𝑍𝑛 ↔ 𝑍𝑛 2+ + 2𝑒 − | − 0,76𝑉 Oxidation (Donator)
o Kupfer:
𝐶𝑢 2+ + 2𝑒 − ↔ 𝐶𝑢 | + 0,35𝑉 Reduktion (Akzeptor)
o Redoxreaktion: 𝐶𝑢2+ + Zn ↔ 𝑍𝑛 2+ + 𝐶𝑢
Donator // Akzeptor Schreibweise
o 𝑍𝑛 /𝑍𝑛 2+// Cu2+/𝐶u
Berechnung des Redoxpotentials mit:
o ∆𝐸° = 𝐸° 𝐴𝐾𝑍𝐸𝑃𝑇𝑂𝑅 − 𝐸° 𝐷𝑂𝑁𝐴𝑇𝑂𝑅
o ∆𝐸° = 𝐸° 𝐾𝑢𝑝𝑓𝑒𝑟 − 𝐸° Zink
o ∆𝐸° = 0,35𝑉 − −0,76𝑉
o ∆𝐸° = 1,11 𝑉
Der errechnete Wert ist als Spannung über ein Voltmeter zu messen.