Galvanische Zelle - Die Batterie

Eine galvanische Zelle (auch galvanisches Element) ist ein Aufbau, bei dem chemische in elektrische Energie umgewandelt wird. Eine galvanische Zelle besteht dabei aus zwei verschiedenen Elektroden (Anode, Kathode) und einer leitfähigen Flüssigkeit, dem Elektrolyten. Im galvanischen Element findet eine Redoxreaktion statt, die freiwillig abläuft. Es werden also Elektronen übertragen. Dabei sind die Orte der Teilreaktionen, also der Reduktion und der Oxidation, voneinander getrennt. Damit Strom fliessen kann, sind beide Elektroden elektrisch leitend über einen Draht miteinander verbunden und die beiden Elektrolyte über eine ionenleitende Salzbrücke.

Aufbau einer galvanischen Zelle

Der allgemeine Aufbau einer galvanischen Zelle sieht folgendermassen aus:

Chemie; Salze und Metalle-Elektronenübertragung; 1. Sek / Bez / Real; Galvanische Zelle - Die Batterie — 1. Kupfer-Elektrode, 2. Beide Halbzellen sind elektrisch leitend über einen Draht miteinander verbunden, 2. Elektrischer Leiter, 3. Richtung der Negativen Ionen, 4. Richtung der Positive Ionen, 5. Silber-Elektrode

Die Reaktionen für dieses Galvanische Element lautet wie folgt:

Oxidation: $Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-$

Reduktion: $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$

Inmitten einer galvanischen Zelle befindet sich eine Salzbrücke. Sie verhindert die Durchmischung, lässt aber einen elektrischen Strom durch Ionenleitung hindurch. Ohne leitende Brücke würde sich schnell eine Ladung aufbauen und der Stromfluss würde zum Erliegen kommen.

Ein galvanisches Element hat zwei verschiedene Elektroden:
-negativ geladene Anode: Minuspol (-)

-positiv geladene Kathode: Pluspol (+)

Als Anode bezeichnet man eine Elektrode, die Elektronen aufnehmen kann bzw. an der die Oxidation stattfindet.

Als Kathode bezeichnet man eine Elektrode, die Elektronen abgeben kann bzw. an der die Reduktion stattfindet.

Aufgepasst: Bei einer Elektrolyse ist die Anode der Pluspol und die Kathode der Minuspol! Dabei handelt es sich sozusagen um die Umkehrreaktion der galvanischen Zelle, bei der aus elektrischer Energie chemische Energie gewonnen wird.

Beide Elektroden einer galvanischen Zelle befinden sich in einer (oder zwei verschiedenen) Elektrolytlösung(en). Bei Metallen ist das in der Regel die dazugehörige Metallionenlösung. Bei Kupfer ( $Cu$ ) also beispielsweise eine Lösung aus Kupferionen ( $Cu^{2+}$ ). Die Kombination aus Elektrode und Elektrolytlösung nennst Du Halbzelle oder Halbelement.

Eine galvanische Zelle besteht also aus zwei Halbzellen, die räumlich getrennt sind. Somit laufen auch die Teilreaktionen der Redoxreaktion — Reduktion und Oxidation — getrennt in je einer Halbzelle ab. Auf der einen Seite gehen positiv geladene Ionen in Lösung, auf der anderen scheiden sie sich aus der Lösung ab. Die Ladung wird über den Transport von Ionen über die Salzbrücke und Elektronen durch den Leiter ausgeglichen und ein Strom fliesst.

Das Potenzial (Spannung) einer Halbzelle ist von der Konzentration, Temperatur und Standardelektrodenkpotenzial abhängig.