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Eine spontane Redoxreaktion erzeugt Elektrizität, die elektrische Geräte mit Strom versorgen kann. Aber wie funktioniert das?
Betrachten Sie die Redoxreaktion zwischen Kupfer und einer Silbernitratlösung. Wenn das Kupfer in ein Gefäß gegeben wird, wird es zu Kupferionen oxidiert, während die Silberionen zu einem Silberniederschlag reduziert werden. Hier erfolgt die Übertragung der Elektronen direkt und es wird kein elektrischer Strom erzeugt.
Wenn diese Halbreaktionen jedoch physikalisch getrennt und über einen externen Stromkreis verbunden werden, wird ein elektrischer Strom beobachtet. Dieser Aufbau wird als elektrochemische Zelle bezeichnet, die weiter definiert ist als galvanische oder voltaische Zelle für eine spontane Redoxreaktion.
Eine galvanische Zelle besteht aus zwei Halbzellen, die die Halbzellen-Reaktionsgemische einer festen Metallelektrode in ihrer entsprechenden Elektrolytlösung enthalten. Hier handelt es sich um Kupfer in wässrigem Kupfernitrat und Silber in wässrigem Silbernitrat.
Die getrennten Reaktanten erfahren ein Zellpotential, aber ohne eine externe Verbindung findet keine Reaktion oder Elektronenfluss statt. Einmal extern verbunden, werden die Elektronen gezwungen, indirekt über den externen Stromkreis zu fließen, wodurch die Reaktionen an den jeweiligen Elektroden stattfinden können.
Gemäß der Konvention findet die Oxidation an der Anode mit einer negativen Ladung und die Reduktion an der Kathode mit einer positiven Ladung statt.
Beim Elektronentransfer werden in der Oxidationshalbzelle positive Ionen und in der Reduktionshalbzelle negative Ionen gebildet. Dies bewirkt einen positiven und negativen Ladungsaufbau, der einen weiteren Elektronenfluss verhindert und kontinuierlich neutralisiert werden muss, damit die Reaktion fortschreiten kann.
So sind die beiden Halbzellen durch eine Salzbrücke verbunden: ein umgekehrtes U-Rohr, das eine Paste oder ein Gel aus einem inerten Elektrolyten wie Natriumnitrat enthält. Im Verlauf der Redoxreaktion fließen die Gegenionen in die jeweiligen Halbzellen, um eine Ladungsneutralität ohne Vermischung der Elektrolyte zu gewährleisten.
Spezielle Notationen oder Zellenschemata werden verwendet, um eine galvanische Zelle zu beschreiben.
Auf der linken Seite ist die Oxidation und auf der rechten Seite die Reduktion dargestellt. Eine doppelte vertikale Linie zeigt eine Salzbrücke, die die beiden Halbzellen verbindet, während einfache vertikale Linien die Grenzflächen zwischen den einzelnen Phasen anzeigen.
Wenn zwei oder mehr Komponenten in derselben Phase vorhanden sind, werden sie durch Kommas getrennt.
Spontane chemische Reaktionen
Spontane Redoxreaktionen kommen in der Natur häufig vor. Die chemische Reaktion, die in einer Einweg-AA-Batterie abläuft…
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