Zn/Zn2+ Ele ktr od en po te nz ial Fe/Fe2+ Pb/Pb2+ Cu/Cu2+ Ag/Ag+ 0,35 0,28 0,48 0,45 0,63 1,11 0,76 1,21 1,56 0,0 V + 0,35 V + 0,63 V + 1,1 V + 1,56 V Redoxpaar Redoxpotenzial E 0,93 69Redoxreaktionen – Elektrochemie B4 Potenzialdifferenzen zwischen einigen Redoxpaare in Volt. Das Redoxpaar Zn/Zn2+ wurde willkürlich als BezugsRedoxpaar gewählt („Nullpunkt“ der Skala). Die Potenziale der anderen Redoxpaare erhalten ein positives Vorzeichen, da sie gegenüber Zn/Zn2+ den Pluspol darstellt. B5 Zellendiagramme vereinfachen die Bezeichnung von galvanischen Zellen. A: Formulieren Sie für alle galvanischen Zellen von V1 und V2 die Zellen diagramme. Beim Daniell-Element wurde eine Spannung von U = 1,1 Volt gemessen (vgl. S. 67). Kombiniert man andere Redoxpaare (vgl. S. 65) miteinander zu galvanischen Zellen, so erwartet man aufgrund ihrer Stellung in der Redoxreihe andere Spannungen. Die Versuchsreihen von V1 oder V2 bestätigen dies: 1. Je weiter die Redoxpaare in der Redoxreihe auseinander stehen, desto größer ist die Spannung zwischen den betreffenden Halbzellen. Die höchste Potenzialdifferenz kann bei der Versuchsreihe zwischen einer Zn/Zn2+und einer Ag/Ag+-Halbzelle gemessen werden, die beiden Redoxpaare haben in der Redoxreihe den größten Abstand (vgl. S. 65, B5). 2. In den galvanischen Zellen aus V1 und V2 stellt die Zink-Elektrode immer den Minuspol, die Silber-Elektrode immer den Pluspol dar. 3. Aus den gemessenen Spannungen zweier Zellen, die jeweils ein Redoxpaar gemeinsam haben, lässt sich die Spannung einer dritten Zelle aus den beiden noch nicht kombinierten Redoxpaaren vorhersagen. Kombiniert man z.B. die Redoxpaare Zn/Zn2+ und Cu/Cu2+ sowie Cu/Cu2+ und Ag/Ag+ miteinander und misst die Zellspannungen, so ergibt sich die Zellspannung der Kombination Zn/Zn2+ mit Ag/Ag+ als Summe der Spannungen bei den beiden anderen Messungen. Stellt man die in V1 oder V2 gemessenen Potenzialdifferenzen in einer Potenzialskala (B4) grafisch dar, so wird deutlich, dass jedem Redoxpaar ein bestimmtes Redoxpotenzial E in Bezug auf ein gewähltes Bezugs-Redoxpaar, z.B. Zn/Zn2+, zugeordnet werden kann. Dieser Wert dient als Maß für die reduzierende Wirkung des Metall-Atoms oder die oxidierende Wirkung des Metall-Ions. Die Spannung U, die man zwischen zwei Halbzellen misst, ergibt sich aus den beiden Redoxpotenzialen nach: U = EAkzeptor-Halbzelle – EDonator-Halbzelle Aufgrund der Additivität der Redoxpotenziale lassen sich nun einfach neue Redoxpaare in die Spannungsreihe einordnen. Kombiniert man z.B. das Redoxpaar Pb/Pb2+ mit einer Kupfer-Halbzelle (V3), so misst man eine Spannung von U = 0,47 Volt. Da die Kupfer-Halbzelle gegenüber der BleiHalbzelle den Pluspol darstellt, muss das Redoxpotenzial der Blei-Halbzelle in B4 um 0,47 V oberhalb der Kupfer-Halbzelle stehen (V3). Aufgaben A1 Zeichnen Sie einen Versuchsaufbau für die Zelle Cd/Cd2+// Ag+/Ag, bei der man eine Spannung von U = 1,2 V messen kann. Kennzeichnen Sie Plusund Minuspol und ordnen Sie das Redoxpaar Cd/Cd2+ in B4 ein. (Cd steht für das Element Cadmium.) A2 Geben Sie jeweils die Teilreaktionen der Akzeptorund Donator-Halbzellen sowie die Gesamtreaktionen in den galvanischen Zellen von V1 und V2 an. Redoxpotenziale Fachbegriffe Potenzialdifferenz, Redoxpotenzial, Zellendiagramm Eine galvanische Zelle lässt sich durch ein Zellendiagramm abkürzen: MeA/MeA z+//MeB z+/MeB Die Donator-Halbzelle, die in der galvanischen Zelle den Minuspol darstellt, steht links. Der Doppelstrich symbolisiert eine poröse Trennwand oder die Elektrolytbrücke. Die Akzeptor-Halbzelle, die den Pluspol darstellt, steht rechts. Das Zellendiagramm kürzt die Redoxvorgänge eines galvanischen Elements ab. Man liest: „MeA-Atome (Metall A) werden zu MeAz+-Ionen oxidiert, indem sie z Elektronen abgeben. Diese werden von den MeBz+-Ionen aufgenommen, die zu MeB-Atomen (Metall B) reduziert werden.“ Das Zellendiagramm des Daniell-Elements lautet: Zn/Zn2+//Cu2+/Cu. 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:26 Seite 69 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt um d es C .C . B uc hn er V er la gs