Elektromotorische kracht

Wanneer elektronen door een draad stromen, of ionen door een oplossing stromen, wekken ze elektriciteit op. Deze elektronenstroom, of meer specifiek elektrische lading, wordt gedefinieerd als een elektrische stroom. Maar waardoor stromen de elektronen?

Denk aan een redoxreactie tussen koper en zink. Wanneer een zinkelektrode in een koperionenoplossing wordt geplaatst, worden elektronen van de ene stof naar de andere overgebracht. Zink, dat een grotere neiging heeft om elektronen te verliezen, wordt geoxideerd tot zinkionen, terwijl koperionen worden gereduceerd tot vast koper.

Bij deze reactie stromen elektronen van zink naar koper, maar deze reactie wekt geen elektriciteit op. Bedenk nu dat de reactanten, zink en koper, fysiek gescheiden en verbonden zijn via een externe geleider, zoals een draad. De neiging van de reactanten om elektronen te winnen of te verliezen, blijft bestaan, waardoor de elektronen door de draad stromen, die de twee halfreacties met elkaar verbindt.

Deze elektronenstroom vormt een elektrische stroom en kan elektrische apparaten, zoals een gloeilamp, aandrijven. Elektrische stroom wordt gemeten in ampère. Eén ampère is gelijk aan de stroom van één coulomb elektrische lading per seconde, wat overeenkomt met 6, 24 10¹⁸ elektronen per seconde.

De stroom van elektrische stroom is vergelijkbaar met water dat door een waterval stroomt. Het water wordt aangedreven door het verschil in potentiële zwaartekracht, terwijl de elektronenstroom wordt aangedreven door het verschil in elektrische potentiële energie tussen de reactanten. Dit verschil in elektrische potentiële energie wordt beschreven door de termen potentiaalverschil, elektromotorische kracht of celpotentiaal.

Het celpotentiaal is een maat voor de drijvende kracht tussen twee reactanten en de neiging tot elektronenoverdracht. Het celpotentiaal van twee geïsoleerde reactanten wordt gemeten met een voltmeter, die wordt afgelezen in celspanning. Eén volt komt overeen met één joule potentiële energie per coulomb elektrische lading.

Een hoog celpotentieel duidt op een grote drijvende kracht en een groter gemak van elektronenoverdracht. Ten slotte hangt het celpotentieel of de elektromotorische kracht af van de aard van de reactanten, de reactietemperatuur en de concentratie van ionen die in de reactie aanwezig zijn.