18.7: Konzentrations-Zellen

Das Zellpotential einer Redoxreaktion hängt maßgeblich von der Konzentration der Reaktanten und Produkte ab.

Stellen Sie sich eine galvanische Neusilberzelle unter Standardbedingungen mit einem Zellpotential von 1,03 Volt vor. Eine Änderung der Konzentration kann jedoch das Zellpotential entweder erhöhen oder verringern.

Wenn ein Konzentrationsgradient ein Zellpotential von zwei verschiedenen Halbzellen beeinflusst, kann er dann verwendet werden, um eine elektrochemische Zelle mit identischen Halbreaktionen zu konstruieren?

Stellen Sie sich eine galvanische Zelle mit zwei identischen Silberelektroden vor, die jeweils in eine Lösung gegeben werden, die eine unterschiedliche Konzentration von Silberionen enthält. Dieser Aufbau wird als Konzentrationszelle bezeichnet.

Nach dem Prinzip von Le Châtelier treibt der Konzentrationsgradient den Elektronenfluss spontan von der Halbzelle mit der niedrigeren Ionenkonzentration zur Halbzelle mit der höheren Ionenkonzentration an. So findet die Oxidation in der stärker verdünnten Zelle statt, wobei die Silberelektrode oxidiert wird und Silberionen bildet, während in der konzentrierteren Zelle Silberionen zu festem Silber reduziert werden.

Das Zellpotential einer Konzentrationszelle wird daher allein durch die Konzentrationsdifferenz des gewählten Redoxreagenzes bestimmt und kann mit Hilfe der Nernst-Gleichung berechnet werden.

Wenn die Ionenkonzentrationen in den beiden Halbzellen gleich werden, erreicht die Konzentrationszelle ein Gleichgewicht und ihr Potential wird Null. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zelle für “tot” erklärt.

pH-Messgeräte arbeiten nach dem gleichen Prinzip wie eine Konzentrationszelle, um den Säuregehalt oder die Basizität einer Lösung zu bestimmen.

Die Glaselektrode des pH-Meters ist mit einer Lösung einer bekannten Konzentration von Wasserstoffionen gefüllt. Beim Eintauchen in eine Lösung mit einer anderen Wasserstoffionenkonzentration bildet sich eine messbare Potentialdifferenz über die beiden Seiten des Glases und wird zur Bestimmung des pH-Werts der Probe verwendet.

Ist die äußere Wasserstoffionenkonzentration höher als die innere der Elektrode, ist die gemessene Potentialdifferenz hoch. Das bedeutet, dass die Lösung sauer ist und einen pH-Wert unter sieben hat.

Bei gleicher Wasserstoffionenkonzentration auf beiden Seiten ergibt sich eine Potentialdifferenz von null. Daher ist die gemessene Lösung neutral. Eine geringere Wasserstoffionenkonzentration an der Außenseite erzeugt eine geringe Potentialdifferenz, was bedeutet, dass die Lösung mit einem pH-Wert über sieben basisch ist.