Galvanotechnik – Galvanisieren - HTL Wien 10

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Halbzelle – Metallsalzlösung
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Die Halbzelle (Halbelement) ist Bestandteil des galvanischen Elements. Sie setzt sich
zusammen aus einer Metallelektrode (Metallstab, Metallblech o. ä.), das in seine
entsprechende Metallsalzlösung (Elektrolyt) taucht. Eine Zinkhalbzelle erhält man, indem
man eine Zinkelektrode in eine Zinksalzlösung (zum Beispiel Zinksulfat-Lösung) taucht.
Die Halbzellen eines galvanischen Elements werden unterschieden nach dem jeweiligen
Metall (vgl. Zinkhalbzelle, Kupferhalbzelle, etc.) sowie ihrer Funktion, die sie bei der
Zellreaktion einnehmen (Donatorhalbzelle, Akzeptorhalbzelle).
Inhaltsverzeichnis
• 1 Von der Halbzelle zum galvanischen Element
• 2 Chemische Vorgänge in Halbzellen
• 3 Bildung einer elektrischen Spannung zwischen zwei Halbzellen
• 4 Einflussfaktoren auf die Spannungsgröße zwischen zwei Halbzellen
• 5 Stromfluss zwischen zwei Halbzellen und Zellreaktion
• 6 Halbzellenprozesse während der Zellreaktion und Reaktionsende
Von der Halbzelle zum galvanischen Element
Aus zwei Halbzellen lässt sich in einer entsprechenden Versuchsanordnung ein
galvanisches Element aufbauen, indem man die beiden Halbzellen leitend miteinander
verbindet. Die Verbindung zwischen den beiden Halbzellen besteht aus einem
Elektronenleiter (beispielsweise einem Metalldraht), der die beiden Metallelektroden
elektrisch leitend verbindet, und einem Ionenleiter (beispielsweise einer Elektrolytbrücke),
der den Stromkreis durch die ionenleitende Verbindung zwischen den Metallsalzlösungen
schließt. Das Daniell-Element als Beispiel eines galvanischen Elementes setzt sich aus
einer Zinkhalbzelle und einer Kupferhalbzelle zusammen.
Chemische Vorgänge in Halbzellen
Sofort nach dem Eintauchen der Metallelektroden in die entsprechende Metallsalzlösung
spielen sich an der Metalloberfläche bestimmte Vorgänge ab, die ein negatives Aufladen
der Metallelektroden zur Folge haben. Die Ursache für die einsetzenden Prozesse ist das
Bestreben eines jeden Metalls, in wässriger Lösung zu oxidieren. Infolge dieses als
Lösungstension bezeichneten Verhaltens eines jeden Metalls lösen sich Metallatome aus
dem Metallgitter der Elektrode und gehen als Metallionen in Lösung. Die bei dieser
Oxidation der Metallatome freigesetzten Elektronen bleiben im Metall an dessen
Oberfläche gebunden. Auf diese Weise lädt sich die Metalloberfläche negativ auf. Da die
gebildeten Metallionen stets positiv geladen sind, werden sie infolge dieser negativen
Aufladung an die Metalloberfläche gebunden. Dadurch entsteht innerhalb der
Phasengrenzfläche zwischen Metalloberfläche und Metallsalzlösung eine sogenannte
elektrische Doppelschicht. In ihr gleichen sich negative (Elektronen) und positive
Ladungen (Metallionen) aus, da die Zahl z der pro Metallion gebildeten Elektronen der
Ladungszahl der entsprechenden Metallionen entspricht. Somit werden zum Beispiel in