Frage von Lenadz, 52

Warum ist die Kupferelektrode bei der Galvanischen Zelle positiv geladen?

Ich verstehe nicht wieso die Kupferelektrode in der Galvanischen Zelle der Pluspol ist. Wenn die Elektronen aus der Zinkelektrode zur Kupferelektrode wandern, dann nehmen die Kupfer Ione aus der Lösung die Elektronen ja auf, also ist in der Kupferelektrode ja praktisch nichts drin. Also das ist mein Gedanke, wahrscheinlich ist da auch irgendein Denkfehler den ich selber nicht finde. Warum ist die Kupferelektrode denn positiv geladen? Dass die Kupferelektrode natürlich positiv geladen ist, nur weil die Zinkelektrode durch die Elektronen negativ ist, reicht mir leider nicht als Antwort. Lg

Antwort
von gharfbck, 52

Deine Überlegungen sind richtig, jedoch ist die Spannungsmessung stromlos (aber der Mechanismus bleibt gleich)

Taucht man ein Metall ins Wasser, so stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der Bildung von Ionen sowie deren Lösung und der Aufnahme solcher Ionen aus der Lösung ein. Bei der Bildung der Ionen verbleiben die Elektronen in der Elektrode und bei Aufnahme von Ionen aus der Lösung werden eben jene wieder "eingebaut", die Elektrode wird positiver.

Zink hat ein höheres Bestreben in Lösung zu gehen, lädt sich also nur relativ zum Kupfer (Das eigentliche Potential ist keiner direkten Messung zugänglich, dass ist nur die Potentialdifferenz = Spannung) negativ auf weil mehr Elektronen in dessen Elektrode ungebunden verbleiben.

Kommentar von Lenadz ,

Wenn die Ionen aber die Elektronen aus der Elektrode aufnehmen, werden die dann nicht zu neutralen Atomen? und das passiert ja eigentlich  in der Lösung und nicht in der Elektrode, wie kann dann die Elektrode positiv sein wenn die Ionen in der Lösung positiv werden? Ich bin verwirrt, tut mir leid ich versuche es nachzuvollziehen 

Kommentar von gharfbck ,

Bin etwas spät dran, entschuldige. 

Ja, die Ionen die sich in dem Gleichgewicht wieder entladen (also Elektronen aufnehmen) werden wieder zu neutralen Atomen, das ist richtig. Um diese aufnehmen zu können müssen sie aber schon Kontakt mit der Elektrode haben, weshalb hier keine scharfe Trennung zwischen "in der Elektrode" und "in der Lösung" möglich ist. 

Die Kupferelektrode ist dabei nicht positiv wenn sich das Gleichgewicht eingestellt hat, sie ist auch negativ. Sie ist relativ zum Zink positiv weil sie weniger stark negativ geladen ist als die Zinkelektrode. Deswegen ist sie relativ zur Zinkelektrode positiv.

Antwort
von ThomasJNewton, 50

Der Trick liegt darin, den Strom nicht einfach fließen zu lassen.
Denn bei einem Kurzschluss kann sich keine Spannung aufbauen.

Spannungmesser arbeiten so, dass sie sehr wenig oder gar keinen Strom fließen lassen.
Und in der Praxis vermindert sich die Spannung, wenn du Strom entnimmst. Das ist immer ein Kompromiss.

Kommentar von DasChristkind ,

Ich glaube das war gar nicht die Frage...

Kommentar von Lenadz ,

das stimmt

Kommentar von ThomasJNewton ,

Wenn du fragst, weißt du es nicht.

Und daher weißt du auch nicht, ob ich deine Frage  korrekt verstanden und korrekt beantwortet habe.

Und Zustimmung sagt überhaupt nicht aus, sonst kannst du besser eine Umfrage machen als zu fragen.

Aber noch bin ich nicht zu sehr beleidigt, sodass ich dich auf deinen Fehler hinweise:

Du schriebst

Wenn die Elektronen aus der Zinkelektrode zur Kupferelektrode wandern

Ich schrieb, dass sie das eben nicht tun, weil man nicht einen dicken gutleitenden Draht zwischen die Elektroden legt, sondern ein Spannungsmessgerät, dass nur die Spannung misst, ohne (nennenswert) Strom fließen zu lassen.

Kommentar von Lenadz ,

entschuldige, hab deine Erklärung anscheinend auf den 1. Blick nicht verstanden .. nur ich verstehe das jetzt genau nicht mehr, die Elektronen wandern doch trotzdem zu der Kupfer Elektrode, und das geschieht doch über die Salzbrücke oder? Ich verstehe aus meiner Sicht nämlich nicht, warum das Spannungsmessgerät oder die Spannung, die gemessen wird, Einfluss auf meine Aussage hat also dass die Elektronen zur anderen Elektrode wandern.

Kommentar von Lenadz ,

Und deswegen verstehe ich noch nicht, warum die Kupfer Elektrode positiv ist, auch wenn nicht so schnell Elektronen durchfließen können, es kommen ja trotzdem welche in die Elektrode

Kommentar von ThomasJNewton ,

"entschuldige" ist ein Wort und eine Basis.

Ich weiß auch, dass man lieber mal jemandem zustimmt als selbst dasselbe zu sagen. Niemand ist frei davon.

Aber auch ich reagiere gelegentlich gefühlsmäßig.
Und nun Schwamm drüber!


Elektronen können nicht durch Wasser fließen. Wenn Wasser leitet, dann nie Elektronen, sondern nur Ionen. Oder besser ausgedrückt wandern Ionen, keine Elektronen.
Kann zwar auch übel enden, wenn das Radio samt 230-V-Stromversorgung in die Badewanne fällt, ist aber was anderes.

Die Elektronen können nur über eine Verbindung zwischen den Elektroden fließen, die Elektronen leiten, also meist Metalle. Gelegentlich gibt es auch Kohleelektroden, denn auch Graphit ist ein Elektronenleiter.

Und damit kommen wir zum Kern der Frage.
Und die ist letztlich der Kern der Chemie überhaupt.

Die elektrische Anziehung. Die Elektronen werden von den Kernen angezogen.
Sie können aber nicht in den Kern hineinstürzen, sich nicht beliebig klein machen, und müsssen sich an komplizierte Regeln halten.
Sich in Schlaen anordnen, sich an die Oktettregel halten und viele andere und viel kompliziertere Regeln.

Die wirst du teilweise kennen, und teilweise wirst du nie von ihnen hören, verstehen erst recht nicht.
Unser Experte für solche Themen reist ja zur Zeit durch Indien, aber auch das würde wenig nützen. Seine Antworten verstehe ich auch meist nur so ungefähr.

Du musst es auch nicht verstehen. Es reicht, dass du weißt, dass ein Kupfer-Kern die Elektronen stärker anzieht als ein Zink-Kern.
Und das bewirkt nicht nur, dass Zink seine Elektronen leicht an ein H₃O⁺ abgibt, also sich in Säuren auflöst, unter Wasserstoffbildung.
Und dass Kupfer das eben nicht tut, weil es die Elektronen stärker an sich bindet. Kupfer ist daher ein Edelmetall.

Diese unterschiedliche Anziehung lässt sich auch direkt messen!
Letzlich sind es die Cu²⁺-Ionen, die den Zn-Atomen die Elektronen klauen.
Dieser Elektronenklau geht natürlich auch direkt, wenn du eine Kupfersalzlösung auf ein Zinkblech gießt. Dann scheidet sich Kupfer ab.
Aber wenn du Kupfer/Kupfersalz durch eine Membran von Zink/Zinksalz abtrennst, müssen die Elektronen halt den Umweg über den Draht oder das Messgerät nehmen.

Das ändert nichts daran, dass letzlich die (stärkere) Anziehung des Kupferkerns die Ursache ist. Die pflanzt sich durch Metalle (Drähte, Messgeräte) einfach fort.

So kann man nicht nur feststellen, dass Kupfer edler ist, sondern genaue Zahlen angeben.
Der Nullpunkt ist das schon erwähnte H₃O⁺, das zu H₂ und Wasser reagiert.
Cu hat da eine um +0,35 V stärkere Anziehungskraft:
Zn ein um ~ -0,7 schwächere.

Man drückt das eben genau durch diese Spannung aus.
Das nennt sich dann Normalpotential, weil die Chemiker für alles Normen haben.
Und diese Normalpotentiale reichen von ~ -3V bei den Alkalimetallen bis zu ~ +3V beim Fluor.


Ok, das war jetzt vielleicht zu heftig, aber behalte im Kopf, dass es immer um die Anziehungkraft der Kerne auf die Elektronen geht.
Kupfer will sie, Zink nicht so sehr.

Der Unterschied lässt sich messen, ist so ungefähr 1 Volt.

Kommentar von Lenadz ,

Oh man die Oktettregel hab ich in der ganzen Zeit als ich für das Thema jetzt gelernt habe total vergessen wobei Chemie ja aufeinander aufbaut.. muss wohl alles nochmal wiederholen, aber eigentlich habe ich den Kern, worum es dabei geht verstanden, also dass es darum geht, dass Kupfer unbedingt die Elektronen haben möchte. Tut mir wirklich leid ich hoffe du beantwortest mir noch die frage, wenn Kupfer die Elektronen aufnimmt dann wird es ja negativ weswegen ich nicht verstehe wieso die Elektrode positiv geladen ist, wenn Kupfer die Elektronen aufnimmt erreicht es ja die Edelgaskonfiguration aber es wird doch nicht positiv sondern negativ oder nicht? Wie kommt es dann dazu, dass die Elektrode positiv wird?

Kommentar von Lenadz ,

Also welchen Einfluss hat es auf die Elektrode? Dass passiert ja in der Lösung mit der Reduktion von Kupfer

Kommentar von ThomasJNewton ,

Es geht immer um Paare.

Auch das "Normalpotential" ist immer duch ein Paar definiert.

Es geht also darum, dass Cu²⁺ die Elektronen stärker anzieht, um zum Cu-Metall zu werden, als Zn²⁺ um zum Zn-Metall zu werden.

Und es geht immer um reale chemische Reaktionen.
In diesem Fall um die beiden

  • Cu²⁺ + 2 e⁻ <-> Cu
  • Zn²⁺ + 2 e⁻ <-> Zn

Nur für diese kann man eine Spannung angeben, und auch nur im Vergleich zueinander.

Und die Edelgasregel war nur ein Beispiel, dass Elektronen sich halt an Regeln halten müssen. Und dass man das ohne Studium nicht wirklich verstehen kann.
So war es gemeint, du wirst in der Schule nicht verstehen, warum Cu die Elektronen stärker bindet. Das musst du lernen!

Du sollst nur lernen, dass man das messen kann, als Spannung, und das Cu edler ist, und dass das Ganze als Batterie durchaus praktische Bedeutung hat. OK, nicht mit Kupfer, im Haushalt.

Sei beruhigt, weder Cu noch Zn erreichen die Edelgaskonfiguration, nicht mal unter den exotischsten Bedingungen.

Ich weiß, wenn man sich mühsam die Formel eingeprägt hat, und dann kommt da einer mit Spannungen, ist das schwer verständlich.

Aber ich habe die Lehrpläne nicht gemacht, und ob mein Plan besser wäre, ist eine andere Frage.

Normal hilft es, Probleme einzukreisen, also sich immer wieder aus unterschiedlichen Richtungen anzunähern.

Kommentar von Lenadz ,

Okay dann werde ich mich nur daran halten damit ich nicht noch mehr in Verwirrung komme. Ich bin nicht undankbar, aber das hat leider irgendwie meine Frage nicht beantwortet, also inwiefern sich das auf die Kupfer Elektrode auswirkt, weil die ja positiv ist,

Kommentar von ThomasJNewton ,

Eine andere Richtung ist es auch, Dinge erst mal sacken zu lassen, eine Nacht drüber zu schlafen.

Machmal sieht mal halt den Wald vor lauter Bäumen nicht.

Und gute Ideen kommen gelegentlich beim Duschen oder im Bus, oder ...

Kommentar von Lenadz ,

Okay ich werde mich mal weiter dran setzen und morgen mal gucken ob ich es vielleicht besser durchblicke. Du hast mir trotzdem geholfen, vielen Dank für deine Mühe

Expertenantwort
von TomRichter, Community-Experte für Chemie, 31

> Dass die Kupferelektrode natürlich positiv geladen ist, nur weil die Zinkelektrode durch die Elektronen negativ ist, reicht mir leider nicht als Antwort.

Dann solltest Du Dir nochmal Gedanken darüber machen, dass die Spannungsangabe in der Zelle immer nur die Differenz zwischen zwei Punkten angibt. Das Cu ist positiver als das Zn - aber das schließt nicht aus, dass alle beide negativ sind in dem Sinn, dass ein paar mehr Elektronen im Metall herumschwirren als in einem Metall, das keinen Kontakt zu dem Elektrolyten hat.

Kommentar von Lenadz ,

Danke für deine Antwort, dass Kupfer wegen den Elektronen im Metall auch negativ ist verstehe ich, aber ich kann aus deiner Aussage immer noch nicht nachvollziehen, warum die Elektrode auch positiver als Zink ist

Kommentar von TomRichter ,

Weil das Kupfer nur ein bisschen negativ wird. Das Zn dagegen ist ganz scharf darauf, Zn++ in die Lösung abzugeben und wird deshalb viel stärker negativ.

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