Frage von Usedefault, 65

Salzbrücke in einer Batterie?

Hallo!

Soweit ich das richtig verstanden habe, erzeugt eine herkömmliche Batterie am Minuspol freie Elektronen und nimmt am Pluspol Elektronen aus dem System.

Wozu braucht es dann eine Salzbrücke oder Membran in der Batterie?

Und warum fließt der Strom nicht innerhalb der Batterie von Minus nach Plus?

Lg

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von lks72, 31

Eine Batterie wird durch ein elektrochemisches Potentialgefälle angetrieben. Der Trick ist nun, dass ein Teil der Batterie nur für freie Elektronen durchlässig ist, der andere Teil nur für Ionen, namlich Elektrolyt. Man kann es auch so ausdrücken: Der Elektrolyt hat die Aufgabe, die Elektronen am Fließen zu hindern, damit man den Elektronenstrom im Draht anzapfen kann.

Kommentar von Usedefault ,

Ich verstehe das überhaupt nicht und bekomme Kopfweh dabei, mir die Batterie vorzustellen.

Kommentar von lks72 ,

An der Anode findet eine Reaktion der Art A -> (A+) + (e-) statt, also eine Oxidation von A. An der Kathode findet dann so etwas statt wie (A+) + (e-) -> A, also eine Reduktion. Nun muss man aber dafür sorgen, dass man die Elektronen nicht den gleichen Weg zurücklegen lässt wie die Ionen (A+), und dies erreicht man durch den Elektrolyten, der für Ionen, aber eben nicht für Elektronen , passierbar ist. Diese müssen den Umweg über den Draht machen, und hier kann man den Strom halt im Stromkreis nutzen.

Kommentar von Usedefault ,

Heißt das, die Salzbrücke ermöglicht den Austausch von Ionen, aber nicht von Elektronen?

Kommentar von lks72 ,

Das ist der Trick. Da die Elektronen nicht durch den Elektrolyten können, bleibt ihnen halt nur der Weg über den metallischen Leiter. Und auf diesem Weg ist ja dann ein Verbraucher, zum Beispiel eine Lampe, eingeschaltet. Wenn man aber die elektrische Leitung unterbricht, dann können keine Elektronen fließen, und zwischen den beiden Polen bildet sich eine elektrische Spannung, die natürlich der chemischen Reaktion entgegenwirkt, so dass diese irgendwann zum Erliegen kommt. Die dabei auftretende Spannung ist dann die Leerlaufspannung der Batterie. Man sieht hier auch deutlich, dass nicht die elektrische Spannung, sondenr die chemische Reaktion der Antrieb für den Strom einer Batterie ist.

Kommentar von Usedefault ,

Heißt das, wenn wir ein einzelnes Elektron auf der Reise beobachten, so wandert es (halt impulsförmig) von der Anode weg, gibt bei der Lampe seine Bewegungsenergie ab, kommt bei der Kathode an, geht dort in Lösung, schwimmt über die Salzbrücke zurück zu Anode und wird dort wieder in die Anode eingeschleust?

Kommentar von lks72 ,

Nein, das Elektron wandert nicht mehr zurück. Ich hab die Reaktion oben etwas zu einfach dargestellt (dachte, es ging dir nur um das Problem mit den Elektronen). Konkretes Beispiel anhand einer Wasserstoffbrennstoffzelle: H2 -> 2H+ + 2(e-)  (durch den Katalysator) an der Anode. An der Kathode hast du dann O2 + 4(e-) -> 2O(2-). Beide Arten von Ionen reagieren nun im Elektrolyten zu Wasser. Der Antrieb ist das chemische Potenzialgefälle der Knallgasreaktion, die Elektronen fließen durch den Leiter. Nun siehst du aber, dass die ursprünglichen Stoffe H und O verschwinden und zu Wasser werden. Daher fließen die einmal "gebrauchten" Elektronen auch nicht mehr im Elektrolyten zurück , siehaben sozusagen ausgedient.

Kommentar von Usedefault ,

Und geraten die Elektronen nun in Bewegung, weil sie von sich selbst in der Elektrode abgestoßen werden? 

Wenn die Anode beim Oxidieren negativ wird, so muss ja der Elektrolyt bei der Anode positiv werden. Warum hindert der positive Elektrolyt dann die Elektronen nicht daran sich wegzubewegen? Weil sich zeitgleich Ionen und Elektronen austauschen?

Expertenantwort
von TomRichter, Community-Experte für Physik, 33

Eine Batterie erzeugt die Elektronen nicht, sondern pumpt sie nur im Kreis herum. Am Minuspol gehen genauso viele Elektronen aus der Batterie heraus wie am Pluspol hineingehen. 

Membranen sind eher selten in einer Batterie zu finden, und falls Du mit "Salzbrücke" eine leitfähige Salzlösung meinst: Ja, auf irgendeinem Weg müssen die im Kreis gepumpten Elektronen ja innerhalb der Batterie wieder zum Minuspol gelangen.

Zwischen Elektrolyt und Elektrode bildet sich eine Spannung aus, darauf basiert die ganze Batterie. Ein am Minuspol befindliches Elektron müsste gegen diese Spannung anschwimmen, um in Lösung zu gelangen.

Das macht es nur dann, wenn es von einer größeren von außen angelegten Spannung dazu gezwungen wird - beispielsweise beim Aufladen eines Akkus.

Kommentar von Usedefault ,

Aber wozu dient dann die Redoxreaktion? Ich hätte gedacht: Die Oxidation erzeugt freie Elektronen, diese stoßen sich ab und wandern deshalb zum Pluspol, wo sie durch Veredelung ins Metall integriert werden.

Kommentar von TomRichter ,

Die Elektronen können nicht einfach "ins Metall integriert" werden - sie müssen ihre negative Ladung erst neutralisieren. Beispielsweise, indem sie mit Cu++ aus der Lösung reagieren - das entstehende metallische Kupfer wird dann an der Elektrode abgeschieden.

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