Daniell-Element

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Das Daniell-Element wird auch Daniell’sches Element genannt und ist eine Galvanische Zelle, die aus einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle besteht.  Sie wurde nach dem Entdecker der Zelle benannt: John Frederic Daniell.  Nach der Entdeckung 1836 wurde das Daniell-Element zu eine der wichtigsten Stromquellen für elektrische Telegrafen. Da es einfach aufgebaut ist, dient es noch heute in der Lehre oft als Modell für galvanische Zellen.


Kurz gefasst:


  • Besteht aus einer Kupfer- und einer Zink- Halbzelle
  • Einfaches Modell für galvanische Zellen




Wie ist das Daniell-Element im Modell aufgebaut?


Es werden ein Kupferstab und ein Zinkstab in ihre entsprechenden Ionenlösungen, hier z.B. Kupfersulfat und Zinksulfat, gestellt und leitend miteinander verbunden.

Nun liegen 2 Redoxpaare (Cu/Cu²+ und Zn/Zn²+) vor.


Es kommt zu einer Reaktion, wenn beide Teilsysteme elektrisch (ein Draht wird zwischen den Elektroden und dem Elektronenleiter verlegt) und elektrolytisch (eine Salzbrücke, auch Ionenleiter genannt, oder Diaphragma wird zwischen de Lösungen gelegt) verbunden sind. Die Salzbrücke bzw. das Diaphragma sollen die Diffusions- Durchmischung der Lösungen verhindern und dennoch einen Ladungsausgleich ermöglichen.


Eine Salzbrücke besteht aus einem Rohr, das mit einer Salzlösung, z.B. Kaliumchlorid, gefüllt ist. Die Enden werden dann mit Watte zugemacht, sodass die Ionen zum Ladungsausgleich hindurchdiffundieren können, jedoch keine Strömung stattfinden kann.


Zusammengefasst:


  • 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




Funktionsweise des Daniell-Elements


  1. 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.


  1. 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.


  1. Die gelösten Kupferionen nehmen anschließend die Elektronen auf und lagern sich als Kupfer an der Elektrode ab.


  1. 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.


Beide getrennte Teilsysteme nennen man “Halbzellen”. Die Zinkelektrode löst sich also mit der Zeit auf und gleichzeitig wird die Kupferelektrode schwerer. Beim Daniell- Element stellt die Anode den Minuspol und die Kathode den Pluspol dar. 


Folgende Zuordnung gilt:

Anode: Elektrode, an der Teilchen oxidiert werden.

Kathode: Elektrode, an der Teilchen reduziert werden.


Eselsbrücken: 

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



Quelle: Wikipedia.de




Reaktionsgleichung Daniell-Element

Zellendiagramm: Zn/Zn²+ // Cu²+/Cu


Oxidation:


Reduktion:  


Gesamtreaktion:  




Das Daniell-Element - Alles Wichtige auf einen Blick!


Zum Schluss ist hier das Wichtigste zusammengefasst:


  • Besteht aus einer Kupfer- und Zink- Halbzelle

  • Modell für galvanische Zellen

  • An Anode = Oxidation; an Kathode= Oxidation



Gut gemacht! Nachdem du alles fleißig durchgelesen hast, solltest du nun alles über das Daniell-Element wissen. :) Weiter so!


Finales Daniell-Element Quiz

Frage

Beschreibe die Vorgänge im DANIELL-Element in Worten.

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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.

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Frage

Zeichne ein DANIELL-Element.

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Antwort

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Frage

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

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Antwort

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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.

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Frage

Was ist ein Daniell-Element?

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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?

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Antwort

nach dem Entdecker der

Zelle benannt: John Frederic Daniell

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Frage

Was für ein Modell ist das Daniell-Element?

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Antwort

Einfaches Modell für galvanische Zellen

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Frage

Wie ist das Daniell-Element aufgebaut (modellhaft)?

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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

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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? 

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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?

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Antwort

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

Kupfer an der Elektrode ab.

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Frage

Was ist die 4. Funktionsweise des Daniell-Elements?

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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.

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Frage

Wie nennt man die getrennten Teilsysteme?

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Antwort

“Halbzellen”

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Frage

Was stellt der Plus-/Minus-Pol dar?

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Antwort

Beim Daniell-

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

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Frage

Was stellt der Plus-/Minus-Pol dar?

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Antwort

Beim Daniell-

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

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Frage

Welche Zuordnung gilt bei der Anode und Katode?

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Antwort

Anode: Elektrode, an der Teilchen oxidiert werden.

Kathode: Elektrode, an der Teilchen reduziert werden.

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Frage

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

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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

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