Zellspannung

Was ist die Zellspannung?

Die Zellspannung E_zelle einer galvanischen Zelle ergibt sich als Differenz der Elektrodenpotentiale von Kathode und Anode: E_zelle = E_kathode − E_anode.

Damit eine Zelle freiwillig Strom liefert, muss diese Differenz positiv sein — die Kathode hat das edlere (höhere) Potential, die Anode das unedlere. Beide Potentiale werden als Reduktionspotentiale aus Tabellen entnommen.

Die Formel

E_zelle = E_kathode − E_anode

Umstellungen:
    E_kathode = E_zelle + E_anode
    E_anode   = E_kathode − E_zelle

Beide Potentiale werden mit Vorzeichen als Reduktionspotentiale eingesetzt. Ein negatives Ergebnis bedeutet: die Reaktion läuft in der angenommenen Richtung nicht freiwillig — Anode und Kathode müssen vertauscht werden.

Die Variablen

Minimal-Beispiel

Daniell-Element: Cu²⁺/Cu als Kathode (E₀ = +0,34 V), Zn²⁺/Zn als Anode (E₀ = −0,76 V).

E_zelle = 0,34 V − (−0,76 V)
        = 1,10 V

Praxis-Beispiele

Beispiel 1 — Schule: Silber-Kupfer-Zelle

Ag⁺/Ag als Kathode (E₀ = +0,80 V), Cu²⁺/Cu als Anode (E₀ = +0,34 V):

E_zelle = 0,80 V − 0,34 V
        = 0,46 V

Beispiel 2 — Batterie: Blei-Akku (Einzelzelle)

PbO₂/PbSO₄ als Kathode (E₀ ≈ +1,69 V), Pb/PbSO₄ als Anode (E₀ ≈ −0,36 V):

E_zelle = 1,69 V − (−0,36 V)
        = 2,05 V

Sechs Zellen in Reihe ergeben die typischen 12 V einer Autobatterie.

Beispiel 3 — Korrosion: Eisen-Kupfer-Kontakt

In feuchter Umgebung bildet sich eine Lokalzelle. Cu²⁺/Cu (E₀ = +0,34 V), Fe²⁺/Fe (E₀ = −0,44 V):

E_zelle = 0,34 V − (−0,44 V)
        = 0,78 V

Das positive Ergebnis erklärt, warum Eisen in Kontakt mit Kupfer schnell rostet.