Galvanisches Element

Ein galvanisches Element ist eine elektrochemische Zelle, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt. Es besteht aus zwei unterschiedlichen Elektroden, die jeweils in eine eigene Elektrolytlösung eintauchen und miteinander verbunden sind. Dabei entstehen durch Redoxreaktionen Spannungen, die zur Stromerzeugung genutzt werden können.

Aufbau eines galvanischen Elements

Ein galvanisches Element besteht aus zwei Halbzellen: Jede Halbzelle besteht aus einer Elektrode (Metall) und einer Elektrolytlösung. Diese beiden Halbzellen sind über eine Salzbrücke verbunden, die für den Ionenaustausch und den Ladungsausgleich sorgt. Elektronen fließen durch einen externen Leiter vom unedleren Metall (Anode) zum edleren Metall (Kathode). Ein bekanntes Beispiel ist das Daniell-Element, das Zink und Kupfer als Elektroden verwendet.

Anode und Kathode im galvanischen Element

Die Anode ist der Ort der Oxidation, wo Elektronen abgegeben werden. Im Daniell-Element ist Zink die Anode, da Zink-Elektroden Elektronen abgeben und in Lösung gehen ($\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^-$). Die Kathode ist der Ort der Reduktion, wo Elektronen aufgenommen werden. Hier wird Kupfer reduziert ($\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}$).

Spannung im galvanischen Element berechnen

Die Spannung eines galvanischen Elements lässt sich aus der Differenz der  Standardelektroden-Potenziale der beiden Halbzellen berechnen. Dazu verwendet man die Formel: $E_{\text{Red}} \; – \; E_{\text{Ox}} = \Delta E$

Beispiel: Beim Daniell-Element beträgt das Standard-Potenzial für Kupfer $+0,35\,V$ und für Zink $-0,76\,V$. Daraus ergibt sich eine Spannung von: $+0.35 \, \text{V} \; – \; (-0.76 \, \text{V}) = 1.11 \, \text{V}$

Unterschied zwischen galvanischem Element und Elektrolyse 

Im galvanischen Element wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Bei der Elektrolyse hingegen wird elektrische Energie zugeführt, um eine nicht-spontane Redoxreaktion zu erzwingen. Ein Beispiel ist das Aufladen eines Akkus, bei dem der Elektronenfluss umgekehrt wird.

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