Elektromotorische Kraft

Wenn Elektronen durch einen Draht fließen oder Ionen durch eine Lösung, erzeugen sie Strom. Dieser Elektronenfluss, genauer gesagt die elektrische Ladung, wird als elektrischer Strom definiert. Doch was bewirkt, dass die Elektronen fließen?

Stellen Sie sich eine Redoxreaktion zwischen Kupfer und Zink vor. Wenn eine Zinkelektrode in eine Kupferionenlösung gelegt wird, werden Elektronen von einer Substanz auf eine andere übertragen.

Zink, das eine größere Tendenz zum Verlust von Elektronen hat, wird zu Zinkionen oxidiert, während Kupferionen zu festem Kupfer reduziert werden. Bei dieser Reaktion fließen Elektronen von Zink nach Kupfer, aber bei dieser Reaktion wird kein Strom erzeugt.

Nehmen wir nun an, dass die Reaktanten Zink und Kupfer physikalisch getrennt und über einen externen Leiter, wie z. B. einen Draht, verbunden sind. Die Tendenz der Reaktanten, Elektronen zu gewinnen oder zu verlieren, besteht weiterhin, wodurch die Elektronen durch den Draht fließen, der die beiden Halbreaktionen verbindet.

Dieser Elektronenfluss stellt einen elektrischen Strom dar und kann elektrische Geräte wie eine Glühbirne mit Strom versorgen.

Der elektrische Strom wird in Ampere gemessen. Ein Ampere entspricht dem Fluss von einem Coulomb elektrischer Ladung pro Sekunde, was 6,24 × 10¹⁸ Elektronen pro Sekunde entspricht.

Der Fluss des elektrischen Stroms ist vergleichbar mit Wasser, das einen Wasserfall hinunterfließt. Das Wasser wird durch die Differenz der potentiellen Gravitationsenergie angetrieben, während der Elektronenfluss durch die Differenz der elektrischen potentiellen Energie zwischen den Reaktanten angetrieben wird.

Diese Differenz in der elektrischen potentiellen Energie wird mit den Begriffen Potentialdifferenz, elektromotorische Kraft oder Zellpotential beschrieben. Das Zellpotential ist ein Maß für die treibende Kraft zwischen zwei Reaktanten und die Tendenz zum Elektronentransfer.

Das Zellpotential von zwei isolierten Reaktanten wird mit einem Voltmeter gemessen, das in Zellspannung abgelesen wird. Ein Volt entspricht einem Joule potentieller Energie pro Coulomb elektrischer Ladung.

Ein hohes Zellpotential deutet auf eine große Antriebskraft und eine größere Leichtigkeit des Elektronentransfers hin. Schließlich hängt das Zellpotential oder die elektromotorische Kraft von der Art der Reaktanten, der Reaktionstemperatur und der Konzentration der in der Reaktion vorhandenen Ionen ab.