Ionenwanderung in der galvanischen Zelle 04:26 min

Wenn die Halbzellen eines Daniell-Elements leitend miteinander verbunden sind, findet ein Elektronenfluss von Zink zu Kupfer statt. Durch den Elektronenfluss werden die elektrochemischen Gleichgewichte an beiden Elektroden gestört. Damit der Stromkreis geschlossen wird und der Stromfluss nicht zum Erliegen kommt, muss ein Ladungsausgleich zwischen den Elektrolytlösungen erfolgen können. Dafür sorgt das Diaphragma. Wären die Halbzellen nicht durch die poröse Trennschicht, sondern komplett voneinander getrennt, würde folgendes passieren: An der Zinkelektrode werden Elektronen abgezogen. So entsteht hier ein Überschuss an positiver Ladung. Um das Gleichgewicht wiederherzustellen, werden also Elektronen in der Elektrode benötigt. Diese werden durch Oxidation von Zinkatomen geliefert. In der Kupferelektrode entsteht durch den Elektronenfluss hingegen kurzzeitig ein Überschuss an negativer Ladung. Um das elektrochemische Gleichgewicht wiederherzustellen, müssen hier also Elektronen verbraucht werden. Dies erfolgt durch Reduktion von Kupferionen. Durch die Oxidation von Zink reichern sich Zinkionen in der Zink-Halbzelle an. Die Elektrolytlösung der Zinkhalbzelle lädt sich dadurch positiv auf, also entgegengesetzt der negativ geladenen Zinkelektrode. In der Kupferhalbzelle führt die Reduktion von Kupferionen zu einer Anreicherung negativ geladener Sulfat-Ionen. Die Elektrolytlösung der Kupferhalbzelle lädt sich negativ auf. In der Zinkhalbzelle werden durch die positive Ladung der Elektrolytlösung Elektronen zurückgehalten. In der Kupferhalbzelle hingegen stoßen sich die negativ geladenen Sulfationen in der Elektrolytlösung und die Elektronen ab. Dies führt dazu, dass der Elektronenfluss stoppt. Damit weiterhin ein Elektronenfluss zwischen Minus- und Pluspol stattfinden kann, muss ein Ladungsausgleich in den Elektrolytlösungen erfolgen. Durch das Diaphragma wandern die Zinkionen aus der Zinkhalbzelle in die Kupferhalbzelle. Von der Kupfer-Halbzelle wandern Sulfat-Ionen in die Zink-Halbzelle. Es kommt zum Ladungsausgleich in den Lösungen und der Stromkreis ist geschlossen. So kann weiterhin ein Elektronenfluss erfolgen, der erst stoppt, wenn die Zink-Elektrode vollständig verbraucht ist. Auch in der Zink-Kohle-Batterie laufen die Redoxreaktionen so lange ab, bis das Zink vollständig aufgebraucht ist. Die Batterie ist dann leer und muss als Sondermüll entsorgt werden. Damit Paul morgen nicht wieder verschläft, hat er eine neue Batterie in seinen Wecker eingesetzt. Auch der Akku in seinem Handy ist wieder voll aufgeladen. Und zur Sicherheit hat sich Paul noch den Radiowecker seiner Mutter ausgeliehen, der an das Stromnetz angeschlossen ist. Morgen früh ist Paul sicher rechtzeitig wach und verpasst sein Fußballtraining nicht.