Eine galvanische Zelle und eine elektrolytische Zelle sind zwei Arten von elektrochemischen Zellen, die auf dem Prinzip der Redoxreaktion beruhen.Eine galvanische Zelle, die auch als galvanische Zelle bezeichnet wird, wandelt chemische Energie durch eine spontane chemische Reaktion in elektrische Energie um.Sie besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die in einen Elektrolyten eingetaucht sind, wobei die Anode negativ und die Kathode positiv geladen ist.Im Gegensatz dazu nutzt eine elektrolytische Zelle elektrische Energie aus einer externen Quelle, um eine nicht spontane chemische Reaktion anzutreiben.Hier ist die Anode positiv und die Kathode negativ geladen.Galvanische Zellen werden häufig in Batterien verwendet, während elektrolytische Zellen in Prozessen wie der Galvanotechnik und der Elektrolyse eingesetzt werden.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
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Definition und Zweck:
- Galvanische Zelle:Wandelt chemische Energie durch eine spontane Redoxreaktion in elektrische Energie um.Sie ist eine Quelle für elektrische Energie.
- Elektrolytische Zelle:Wandelt elektrische Energie in chemische Energie um, indem es eine nicht spontane Redoxreaktion auslöst.Sie erfordert eine externe Energiequelle.
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Energieumwandlung:
- Galvanische Zelle:Chemische Energie → Elektrische Energie (spontaner Prozess).
- Elektrolytische Zelle:Elektrische Energie → Chemische Energie (nicht spontaner Prozess).
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Elektrodenladungen:
- Galvanische Zelle:Die Anode ist negativ und die Kathode positiv geladen.
- Elektrolytische Zelle:Die Anode ist positiv und die Kathode negativ geladen.
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Spontaneität der Reaktion:
- Galvanische Zelle:Es handelt sich um eine spontane Reaktion mit einer negativen freien Gibbs-Energie (ΔG < 0).
- Elektrolytische Zelle:Es handelt sich um eine nicht spontane Reaktion mit einer positiven freien Gibbs-Energie (ΔG > 0).
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Anwendungen:
- Galvanische Zelle:Wird in Batterien wie Alkalibatterien und Lithium-Ionen-Batterien verwendet, um tragbaren Strom zu liefern.
- Elektrolytische Zelle:Wird in Prozessen wie der Galvanisierung, der Elektrolyse von Wasser und dem Aufladen von wiederaufladbaren Batterien verwendet.
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Elektrolyt und Elektroden:
- Beide Zellen bestehen aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die in eine Elektrolytlösung eingetaucht sind.
- In einer galvanischen Zelle erleichtert der Elektrolyt den Ionenfluss zur Aufrechterhaltung des Ladungsgleichgewichts während der Redoxreaktion.
- In einer elektrolytischen Zelle bildet der Elektrolyt das Medium für die Ionenwanderung unter dem Einfluss einer externen Spannung.
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Wiederaufladbarkeit:
- Galvanische Zelle:Wiederaufladbar (z. B. Lithium-Ionen-Batterien) oder nicht wiederaufladbar (z. B. Einweg-Alkalibatterien).
- Elektrolytische Zelle:Normalerweise nicht wiederaufladbar; verbraucht Energie, um chemische Reaktionen auszulösen.
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Entladungspotenzial:
- Elektrolytische Zelle:Erfordert ein Mindestpotential (Entladungspotential), um die Elektrolyse einzuleiten und Ionen an den Elektroden zu entladen.
- Galvanische Zelle:Erzeugt seine eigene Potentialdifferenz durch die spontane Redoxreaktion.
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Ionenfreisetzung:
- In einer Elektrolysezelle werden an der Kathode Kationen (positive Ionen) und an der Anode Anionen (negative Ionen) freigesetzt.
- Wenn mehrere Ionen vorhanden sind, wird das Ion mit dem höheren Reduktionspotenzial an der Kathode und das Ion mit dem niedrigeren Reduktionspotenzial an der Anode freigesetzt.
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Gleichgewicht in elektrochemischen Zellen:
- Eine elektrochemische Zelle im Gleichgewicht liegt zwischen einer galvanischen und einer elektrolytischen Zelle, in der kein Strom fließt, wenn die elektromotorische Gegenkraft die Reaktion ausgleicht.
Wenn man diese Schlüsselpunkte versteht, kann man zwischen galvanischen und elektrolytischen Zellen unterscheiden und ihre unterschiedliche Rolle bei der Energieumwandlung und bei chemischen Prozessen verstehen.
Zusammenfassende Tabelle:
| Blickwinkel | Galvanische Zelle | Elektrolytische Zelle |
|---|---|---|
| Definition | Wandelt chemische Energie in elektrische Energie um (spontane Redoxreaktion). | Wandelt elektrische Energie in chemische Energie um (nicht spontane Redoxreaktion). |
| Energieumwandlung | Chemisch → Elektrisch (spontan). | Elektrisch → Chemisch (nicht-spontan). |
| Elektrodenladungen | Anode:Negativ, Kathode: Positiv. | Anode:Positiv, Kathode: Negativ. |
| Spontaneität der Reaktion | Spontan (ΔG < 0). | Nicht-spontan (ΔG > 0). |
| Anwendungen | Batterien (z. B. Alkali- und Lithium-Ionen-Batterien). | Galvanisierung, Elektrolyse, Wiederaufladen von Batterien. |
| Wiederaufladbarkeit | Kann wiederaufladbar oder nicht wiederaufladbar sein. | In der Regel nicht wiederaufladbar. |
| Entladungspotenzial | Erzeugt seine eigene Potenzialdifferenz. | Benötigt eine externe Spannung zur Einleitung der Elektrolyse. |
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