Wie erzeugt das Daniell-Element elektrischen Strom?
Daniell-Element – Vorgänge bei der Stromerzeugung
Reaktionsgleichung: Zn(s) + Cu2+(aq) →
Zn2+(aq) + Cu(s) ·
Beobachte in der Gesamtansicht den Elektronen- und Ionenfluss;
wechsle zur Halbzellen-Ansicht für die Teilchenebene.
Ändere die Ausgangskonzentrationen und beobachte den Einfluss auf die Spannung.
−e−K⁺K+NO₃⁻NO3−Zn²⁺Zn2+Cu²⁺Cu2+SO₄²⁻SO42−
Spannung
U—
Konzentrationen (aktuell)
c(Zn2+)—
c(Cu2+)—
Reaktion
Status—
umgesetzt—
Aufgaben
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Das Daniell-Element
Das Daniell-Element besteht aus zwei räumlich getrennten Halbzellen:
einer Zinkelektrode in ZnSO4-Lösung (Anode) und einer
Kupferelektrode in CuSO4-Lösung (Kathode). Sie sind
durch eine Salzbrücke (Innenleitung) und einen Draht (Außenleitung)
verbunden. Eine externe Stromquelle wird nicht benötigt: das Element erzeugt selbst Spannung.
Oxidation und Reduktion
An der Anode (Zink) wird Zink oxidiert:
Zn → Zn2+ + 2 e−.
Die Elektronen fließen über den Draht zur Kupfer-Elektrode.
An der Kathode (Kupfer) werden Kupfer-Ionen reduziert:
Cu2+ + 2 e− → Cu.
Die Zink-Elektrode wird leichter, die Kupfer-Elektrode schwerer.
Aufgabe der Salzbrücke
Im inneren Stromkreis fließen Ionen, keine Elektronen. Die Salzbrücke
ermöglicht den Ladungsausgleich: Anionen (z. B. NO3−)
wandern zur Anode, Kationen (z. B. K+) zur Kathode. Ohne Salzbrücke
würde die Ladung in den Lösungen schnell unausgeglichen und die Reaktion stoppen.
Konzentration und Spannung
Die Zellspannung hängt von den Ionenkonzentrationen ab. Bei Standardbedingungen
(1 mol/L, 25 °C) beträgt sie etwa 1,10 V (Nernst-Gleichung).
Sinkt c(Cu2+), nimmt die Spannung ab; steigt c(Zn2+)
bei konstantem Cu2+, steigt sie leicht an.