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Elektrochemische Reaktion in der Voltasche Säule

1800
  • Alessandro Volta
Voltaischer Stapel, der die elektrochemische Reaktion mit Zink- und Kupferelektroden zeigt.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der elektrische Strom in einer Voltaischer Stapel wird durch eine Redoxreaktion erzeugt. An der Zinkanode wird das Zinkmetall oxidiert, wobei zwei Elektronen pro Atom freigesetzt werden ([latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Diese Elektronen wandern durch den äußeren Stromkreis zur Kupferkathode. Dort werden die Wasserstoffionen aus dem wässrigen Elektrolyten reduziert und bilden Wasserstoffgas ([latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]).

Die Funktionsweise des Voltastapels wird durch die Prinzipien der Elektrochemie bestimmt. Jedes Metall hat ein anderes Elektrodenpotenzial oder eine andere Neigung, Elektronen zu verlieren. Zink ist reaktiver als Kupfer, d. h. es hat ein negativeres Elektrodenpotenzial und wird leichter oxidiert. Dieser Potenzialunterschied ist der Grund für den Elektronenfluss vom Zink (Anode) zum Kupfer (Kathode) durch einen externen Draht. Der Elektrolyt spielt dabei eine entscheidende Rolle: Er enthält Ionen, die sich zwischen den Elektroden bewegen können, um die Ladung auszugleichen und den Stromkreis zu schließen. In einem einfachen Sole- (NaCl) oder sauren (H2SO4) Elektrolyten liefern Wassermoleküle die Wasserstoffionen (H+) für die Reaktion an der Kathode.

Die Gesamtreaktion für einen Pfahl mit einem Schwefelsäureelektrolyten ist [latex]Zn + 2H^{+} \rightarrow Zn^{2+} + H_2[/latex]. Das Kupfer selbst reagiert chemisch nicht; es dient als edle, leitfähige Oberfläche für die Reduktion von Wasserstoffionen. Das Potenzial einer einzelnen Zink-Kupfer-Zelle beträgt etwa 0,76 Volt, kann aber je nach Elektrolytkonzentration und Temperatur variieren. Dieser grundlegende Mechanismus der Umwandlung gespeicherter chemischer Energie in elektrische Energie ist die Basis für alle modernen Batterien, wenn auch mit anderen Materialien und ausgefeilteren Konstruktionen zur Verbesserung der Effizienz und Langlebigkeit.

UNESCO Nomenclature: 2203
- Elektrochemie

Typ

Chemischer Prozess

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Die Arbeiten von Antoine Lavoisier über die Rolle des Sauerstoffs bei der Verbrennung und Oxidation
  • Das Konzept der chemischen Elemente und ihrer Reaktivitätsreihen
  • Verständnis ionischer Verbindungen und ihres Verhaltens in wässrigen Lösungen
  • Henry Cavendishs Identifizierung von Wasserstoffgas

Anwendungen

  • alle modernen Batterien (Alkali, Blei-Säure, Lithium-Ionen)
  • Brennstoffzellen
  • industrielle Elektrolyse für die chemische Produktion
  • Korrosionsschutz durch kathodischen Schutz
  • Elektroraffination von Metallen

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Redoxreaktion, Anode, Kathode, Oxidation, Reduktion, Elektrolyt, Elektrodenpotential, Elektrochemie.

Historischer Kontext

Elektrochemische Reaktion in der Voltasche Säule

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(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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