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Daniell-Element

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Daniell-Element

Batterien kennst du bestimmt aus dem Alltag. Egal wo und wie, überall sind sie zu finden, aber die eigentliche Mutter aller Batterien ist das Daniell-Element. Es ist das Vorzeige-Beispiel, wenn es um Batterien und galvanische Zellen geht. Alles darüber kannst du hier finden!

Allgemeines über das Daniell-Element

Das Daniell-Element wird auch Daniell’sches Element genannt und ist eine Galvanische Zelle, die aus einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle besteht. Dieses wurden von John Frederic Daniell 1836 erfunden und so auch nach ihm benannt. Sie wurde nach dem Entdecker der Zelle benannt.

Aufbau des Daniell-Elements

Das Daniell-Element ist ein galvanisches Element. Ein galvanisches Element, auch galvanische Zelle genannt, besteht immer aus zwei Halbzellen, welche jeweils mit einer Elektrode und der dazugehörigen Elektrolytlösung. Diese beiden Halbzellen werden dann über eine Salzbrücke miteinander verbunden. Grundsätzlich wandelt ein galvanisches Element chemische Energie in elektrische Energie um.

Eine der Elektroden stellt dabei immer die Anode des Systems dar und eine die Kathode. An der Anode wird immer mindestens ein Elektron abgegeben und an der Kathode mindestens ein Elektron aufgenommen.

Wenn Du dir das Ganze ein wenig vereinfachen willst, kannst Dƒu dir auch einfach die Eselsbrücke „O-M-A“ zur Hilfe dazu holen. Diese gibt an das Oxidation, Minuspol und Anode zusammengehören. Dementsprechend gehören hier auch Reduktion, Plus-Pol und Kathode zusammen.

Das Daniell-Element beschreibt dabei eines dieser galvanischen Elemente mit den Metallen Kupfer und Zink als Elektrodenmetalle. Die dazugehörigen Lösungen beinhalten Kupfer- (CuSO4-) und Zinksulfat (ZnSO4-). Die jeweiligen Halbzelle von Zink und Kupfer werden dann Durch die Salzbrücke verbunden.

Standardpotential

Das Prinzip funktioniert, indem es eine edleres und ein unedleres Metall innerhalb eines Systems gibt. Das bedeutet, dass die eine Elektrode, welche aus dem unedleren Metall besteht, eher dazu neigt Durch Oxidation Elektronen an die Elektrolytlösung abzugeben. Das edlere Metall hingegen nimmt vorzugsweise Elektronen bei einer Reduktion aus der Elektrolytlösung auf.

Bevor Du verstehen kannst, wie dieser Aufbau des Daniell-Elemets funktioniert, musst Du dir erst klar machen, was denn überhaupt ein edles und ein unedles Element ausmacht, nämlich deren Standardpotentiale.

Ein Standardpotential ist ein Wert der bestimmt, wie viel Strom (in Volt) eine Halbzelle abgibt. Dazu wurde eine eine Referenz-Halbzelle benannt, nämlich die Normal-Wasserstoff-Halbzelle. Diese wurde als Nullpunkt gesetzt, heißt diese gibt von sich aus keinen Strom.

So kann nun eine Halbzelle eines anderen Elements an diese Normal-Wasserstoff-Halbzelle angeschlossen werden, um die Spannung und somit das Standardpotential zu bestimmen.

Das Standardpotential musst Du nicht immer selbst herausfinden oder berechnen, denn dafür gibt es bereits eine ausführliche Tabelle, in der Du die jeweiligen Standardpotentiale nachlesen kannst.

Für das Daniell-Element, welches aus Kupfer und Zink besteht, sind die Standardpotentiale wie folgt:

Cu/Cu2+: +0,34 V

Zn2+/Zn: -0,76 V

Nun kannst Du anhand dieser Werte bestimmen, welches das edlere beziehungsweise unedlere Metall ist.

Denn die edleren Metalle haben immer einen höheren/positiveren Wert als die unedleren Metalle.

Dem Standardpotentialen nach zu urteilen ist also Zink das unedlere Metall und Kupfer das edlere.

Funktionsweise des Daniell-Elements

Da Du jetzt weißt, welches Element edler ist, kannst Du auch ganz einfach die Funktionsweise des Daniell-Elements nachvollziehen.

Da das unedlere Element immer Elektronen abgibt, muss dies hier die Zinkelektrode betreffen. Diese gibt unter Abspaltung von zwei Elektronen ein Zink-Atom ab.

Daniel-Element Anodenreaktion StudySmarter

Damit gehen die zwei freien Elektronen, sowie das Zinkion (Zn2+) in die Elektrolytlösung über. Durch die vorhandene Salzbrücke wandern diese Elektronen dann rüber zur Halbzelle des Kupfers. Bei der Wanderung der Elektronen über die Salzbrücke entsteht ein Elektronenstrom, welcher dann als elektrische Spannung genutzt werden und mithilfe eines Voltmeters gemessen werden kann.

Die Elektronen fließen dann weiter bis in die Halbzelle von Kupfer und da zunächst in die Elektrolytlösung. Die beiden Elektronen reagieren dann mit dem dort vorhandenen Kupferionen aus dem Kupfersulfat und ergeben ein Kupferatom:

Daniel-Element Kathodenreaktion StudySmarter

Das dann entstandene Kupfer schlägt sich an der Kupfer-Elektrode nieder.

Die gesamte Reaktionsgleichung des Daniell-Elements ist dann:

Daniel-Element Reaktionsgleichung StudySmarter

Durch das ständige Abscheiden von Atomen an der Anode und das Zufügen von Atomen an der Kahode, verringert sich das Volumen der Anoden-Elektrode ständig, während das Volumen der Kathoden-Elektrode stetig wächst.

Berechnung der Stromstärke des Daniell-Elements

Zur Berechnung der Stromstärke benötigst Du die beiden Standardpotentiale der Elemente:

Cu/Cu2+: 0,34 V

Zn2+/Zn: -0,76 V

Mit diesen kannst Du dann ganz einfach die Stromstärke des Daniell-Elements berechnen.

Dafür setzt Du die einzelnen Werte einfach in folgende Gleichung ein:

ΔE = EKathode - EAnode

ΔE = EKupfer - EZink = 0,34 V- (-0,76 V) = 1,10 V

Verwendung des Daniell-Elements

Das Daniell-Element wird heutzutage so gut wie gar nicht mehr genutzt im Alltag. Das liegt daran, dass es mittlerweile günstigere, langlebigere und vor allem leistungsstärkere galvanische Zellen beziehungsweise Batterien und Akkus gibt, die sich in der alltäglichen Benutzung und vor allem in der Industrie mehr anbieten.

Bei der Enteckung des galvanischen Elements, und somit auch vom Daniell-Element, wurde dieses vor allem in elektrischen Telegrafen verwendet.

Daniell-Element - Das Wichtigste

  • Beim Daniell-Element handelt es sich um eine Version der galvanischen Zelle.
  • Das Daniell-Elements besteht aus den Halbzellen von Zink und Kupfer.
  • Die Reaktionsgleichung des Daniell-Elements lautet: Daniel-Element Reaktionsgleichung StudySmarter.
  • Durch die Übergabe von Elektronen vom Zink zum Kupfer entsteht ein .Elektronenfluss, welches als Stromstärke genutzt und gemessen werden kann.
  • Das Daniell-Element kommt heutzutage vor allem in der Lehre als Modell für die galvanische Zelle vor.

Finales Daniell-Element Quiz

Frage

Beschreibe die Vorgänge im DANIELL-Element in Worten.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Frage anzeigen

Frage

Zeichne ein DANIELL-Element.

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die elektrochemischen Vorgänge an den Elektroden im DANIELL-Element durch zwei Halbzellenreaktionen.

Antwort anzeigen

Antwort

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge im DANIELL-Element in Worten.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Daniell-Element?

Antwort anzeigen

Antwort

  • auch Daniell’sches Element genannt
  •  ist eine galvanische Zelle, die aus einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle besteht.
Frage anzeigen

Frage

Nach wem wurde das Daniell-Element benannt?

Antwort anzeigen

Antwort

nach dem Entdecker der

Zelle benannt: John Frederic Daniell

Frage anzeigen

Frage

Was für ein Modell ist das Daniell-Element?

Antwort anzeigen

Antwort

Einfaches Modell für galvanische Zellen

Frage anzeigen

Frage

Wie ist das Daniell-Element aufgebaut (modellhaft)?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Kupferstab und Zinkstab mit ihrer Ionenlösung werden leitend miteinander verbunden

    ● Reaktion, wenn Beides elektrisch und elektrolytisch miteinander verbunden ist

    ● Elektrolytisch: mit Salzbrücke, die Diffusions- Durchmischungen verhindern soll und Ladungsausgleich ermöglicht

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 1. Funktionsweise des Daniell-Elements?

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Antwort

Kupfer ist edler als Zink; d.h. die Lösungstension von Zink ist größer. Daher gehen am

Kupferstab nur wenige Kupferionen in die Lösung, während sich am Zinkstab viele Zinkionen ablösen und ihre Elektronen im Metall zurücklassen. Die Zinkelektrode ist

deshalb negativer geladen als der Kupferstab. So baut sich eine Spannung auf.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 2. Funktionsweise des Daniell-Elements? 

Antwort anzeigen

Antwort

Überschüssige Elektronen im Zink wandern über den Leiter vom Zink zum Kupfer. Dabei lässt sich eine Spannung von 1,11 Volt messen. Dies ist die Elektromotorische Kraft, die

sich aus dem Redoxpotential von Kupfer und dem Zink zusammensetzt.

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Frage

Was ist die 3. Funktionsweise des Daniell-Elements?

Antwort anzeigen

Antwort

Die gelösten Kupferionen nehmen anschließend die Elektronen auf und lagern sich als

Kupfer an der Elektrode ab.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 4. Funktionsweise des Daniell-Elements?

Antwort anzeigen

Antwort

Nun gehen auf der einen Seite positive Zinkionen in die Lösung und auf der anderen

Seite lagern sich Kupferionen ab. Es muss ein Ladungsausgleich stattfinden, was über

die Salzbrücke passiert. So wird der Stromkreis geschlossen.

Die beiden Teilvorgänge dieser Redoxreaktion können räumlich getrennt werden. So

gehen die Elektronen nicht direkt vom System Zn/Zn2+ auf das System Cu/Cu2+ über,

sondern wandern zuerst über einen Draht vom Zn zum Cu. Es fließt ein

Elektronenstrom.

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man die getrennten Teilsysteme?

Antwort anzeigen

Antwort

“Halbzellen”

Frage anzeigen

Frage

Was stellt der Plus-/Minus-Pol dar?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Daniell-

Element stellt die Anode den Minuspol und die Kathode den Pluspol dar.

Frage anzeigen

Frage

Was stellt der Plus-/Minus-Pol dar?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Daniell-

Element stellt die Anode den Minuspol und die Kathode den Pluspol dar.

Frage anzeigen

Frage

Welche Zuordnung gilt bei der Anode und Katode?

Antwort anzeigen

Antwort

Anode: Elektrode, an der Teilchen oxidiert werden.

Kathode: Elektrode, an der Teilchen reduziert werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne eine Eselsbrücke um sich die Zuordnung der Anode und Katode zu merken.

Antwort anzeigen

Antwort

An-o-de: An Oxidation denken.

Oder: O-M-A (Oxidation, Minuspol, Anode)

Oder: Anode und Oxidation- das A und O der Elektrochemie

Oder: A O K (R)- Anode-Oxidation; Kathode-Reduktion

Frage anzeigen
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