Liebe Chemie-Auskenner!
Kurz über mich: Ich bin lediglich an Chemie interessiert, aber kein Student. Ich habe es mir persönlich zur Aufgabe gemacht, galvanische Zellen zu verstehen, insbesondere das Daniell-Element.
Leider stelle ich fest, dass das schwerer ist als gedacht. Einige Erklärungen zum Daniell-Element, die ich gelesen habe, scheinen sich teilweise zu widersprechen, und außerdem trägt keine zu einem echten Verständnis bei mir bei.
Zuerst zum Aufbau, der ist klar: Zwei Behälter, im einen Behälter eine Zinksulfatlösung mit eingetauchtem Zinkmetallstab, im anderen Behälter eine Kupfer(II)-sulfatlösung mit eingetauchtem Kupfermetallstab. Die Metallstäbe sind die Elektroden. Die beiden Lösungen werden mit einer Salzbrücke verbunden. Verbindet man nun die Elektroden mit einem Draht, fließen Elektronen von der Zink-Anode zur Kupfer-Kathode. Genauer gesagt, geben die Zink-Atome zwei Elektronen ab und gehen anschließend als Zn(2+)-Ionen in die Zinksulfatlösung. Die Cu(2+)-Ionen im anderen Behälter, dagegen, werden durch die ankommenden Elektronen zu elementarem Kupfer reduziert und scheiden sich an der Kupfer-Kathode ab.
Meine Frage lautet: Warum? Warum passiert der Elektronenfluss?
Laut meinem Chemie-für-Dummies-Buch (von John T. Moore) reagieren gar nicht die beiden Elektroden miteinander, sondern die Zink-Atome der Anode reagieren mit den Cu(2+)-Ionen der Kupfer(II)-sulfatlösung im anderen Behälter. Okay, aber dann frage ich mich, warum man überhaupt ein Kupfermetall braucht? Warum nicht direkt einen Draht vom Zinkmetall in die Kupfer(II)-sulfatlösung?
Außerdem bin ich im Internet auf eine andere Erklärung gestoßen. In vielen Artikeln wird es so dargestellt, dass die Elektronenabgabe von der Zinksulfatlösung komme. Auf chempage.de heißt es etwa:
„Beim Eintauchen der Zinkelektrode in die Lösung gehen einige Zinkatome der Elektrode in Lösung, die Elektronen die bei diesem Vorgang abgegeben werden bleiben auf der Zinkelektrode zurück. Dadurch wird die Elektrode negativ aufgeladen.“
Genau das gleiche passiere auch im anderen Behälter, mit der Kupfer-Elektrode und der Kupfer(II)-sulfatlösung, nur nicht so stark. Dadurch sei dann die Zink-Elektrode stärker negativ aufgeladen als die Kupfer-Elektrode, und zum Ausgleich fließen die Elektronen.
Doch auch das wirft bei mir erstmal eine Frage auf: Warum löst sich Zinkmetall überhaupt in der Zinksulfatlösung (oder Kupfermetall in der Kupfer(II)-sulfatlösung)? Einfach so? Die Erklärung suggeriert, auch ohne Verbindung zwischen den beiden Behältern würden sich die Metalle auflösen. Aber ich habe nachgegoogelt, und da berichten Schüler, dass sie Kupfer in eine Kupfer(II)-sulfatlösung getaucht hätten, aber gar nichts sei passiert.
Darüber hinaus: Es heißt immer, die Salzbrücke würde „den Stromkreis“ schließen. Aber Strom ist eigentlich definiert als fließende Elektronen, und durch die Salzbrücke fließen ja nur die Ionen zum Ladungsausgleich. Also ist das eigentlich inkorrekt, oder?
Und überhaupt: Wozu der Ladungsausgleich? Was wäre so schlimm daran, wenn die Zinksulfatlösung immer positiver würde und die Kupfer(II)-sulfatlösung immer negativer?
Ich wäre extrem dankbar für einen Chemiker/eine Chemikerin, der/die mir das erklären könnte. Ich gebe mir wirklich Mühe, es zu verstehen.
Vielen Dank schon im Voraus!