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Elektromotorische Kraft
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Die elektromotorische Kraft (Abkürzung EMK) ist die historische Bezeichnung für die stromlos gemessene Klemmenspannung einer Galvanischen Zelle oder allgemein einer jeden Spannungsquelle.
Beschreibung
Der Begriff wird auch für die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden einer elektrochemischen Zelle verwendet. Die elektromotorische Kraft wird in Formeln mit dem Symbol ΔE gekennzeichnet, die Einheit ist Volt. Aufgrund der EMK ist das Galvanische Element in der Lage elektrische Arbeit zu leisten.
Die elektromotorische Kraft einer galvanischen Zelle ist ein Maß für die Triebkraft der in ihr ablaufenden Reaktion.
Die EMK berechnet sich aus der Differenz der beiden Halbzellenpotentiale, die durch die jeweiligen Redox-Reaktionen bestimmt werden.
Beispiele
Daniell-Element
Das Daniell-Element ist ein Beispiel für eine elektrochemische Zelle. Es wird aus einem Zinkstab gebildet, der in die wäßrige Lösung eines Zinksalzes taucht und einem Kupferstab, der in die wäßrige Lösung eines Kupfersalzes taucht. Beide Halbzellen werden mit Hilfe eines Stromschlüssels, der die Lösung eines Elektrolyten (ges. KCl oder NHParser-Fehler (Unbekannter Fehler): _{\mathrm{4}} NOParser-Fehler (Unbekannter Fehler): _{\mathrm{3}} ) enthält, oder durch ein Diaphragma zu einer galvanischen Zelle kombiniert.
Werden die beiden Metalle durch einen metallischen Leiter verbunden, fließt ein Strom durch das System. Zink löst sich an der Zink-Elektrode auf, Kupferionen aus der Lösung scheiden sich an der Kupfer-Elektrode ab.
Im Daniell-Element findet an der Anode die Oxidation des Zinks statt.
An der Kathode wird Kupfer reduziert.
Für jede Halbzelle berechnen sich die Halbzellenpotentiale nach der Nernst-Gleichung.
| E | Potentialdifferenz bzw. elektrische Spannung gegen eine Referenzelektrode [V] |
| E0 | Standard-Potential (nachzuschlagen unter Spannungsreihe) [V] |
| T | Temperatur [K] |
| c(Mez + ) | Konzentration der Metallionen in der Lösung, genauer: ihre Aktivität |
| F | Faraday-Konstante, F = 96485.33 C / mol |
| R | Universelle oder molare Gaskonstante, R = 8.314472 J / mol K |
Zur Berechnung der EMK für die Gesamtreaktion bildet man die Differenz der beiden Halbzellenpotentiale nach
ΔE = EKathode - EAnode
Für das Daniell-Element erhält man für Metallionenkonzentrationen von jeweils 1 mol/L
ΔE = EKathode - EAnode = EKupfer - EZink = 1.10 V ,
da unter Standardbedingungen (Temperatur 25°C, Konzentration 1 mol/L, Druck 1 atm) das Halbzellenpotential dem Standard-Potential entspricht.
Aus der EMK lässt sich die freie Enthalpie einer Redox-Reaktion berechnen.
ΔG = -zF ΔE
wobei z die Anzahl der bei der Reaktion übertragenen Elektronen darstellt. Hat man die EMK unter Standard-Bedingungen bestimmt, lässt sich so die freie Standard-Reaktionsenthalpie berechnen.
