Energetische Vorgänge beim Daniell-Element

Die Reaktionen beim Daniell-Element Zn/Zn2+(aq)//Cu2+(aq)/Cu lassen sich in eine Reihe von Einzelvorgängen zerlegen, deren Energiebeträge in Bezug zum Formelumsatz in der unteren Tabelle dargestellt sind. Der Formelumsatz ergibt sich aus der Reaktion: Zn(s) + Cu2+(aq) –> Cu(s) + Zn2+(aq).

In der folgenden Tabelle sind die einzelnen Vorgänge der Reihe nach beschrieben:

Oxidation des Zinks	Reduktion der Cu2+-Ionen
1. Sublimation der Zn-Atome aus dem Metallgitterverband	4. Dehydratation der Cu2+-Ionen
2. Ionisation der Zn-Atome (Oxidation)	5. De-Ionisation der Cu2+-Ionen (Reduktion)
3. Hydratation der Zn2+-Ionen	6. Resublimation der Cu-Atome zu einem Metallgitterverband
Summe der Oxidation des Zn	Summe der Reduktion des Kupfers

Die beteiligten Energien der Elemente:

Arbeitsaufträge:

1.	Trage die entsprechenden Werte in die obere Tabelle ein. Bedenke dabei das Vorzeichen: welche Energien sind aufzuwenden (+) und welche werden frei (-)?

2.	Berechne die Summe der Energien für den Oxidations- und den Reduktionsvorgang:

Summe der Energien: Ho = __________ kJ/mol

3.	Berechne die Gesamtenergie für den Formelumsatz.

4.	Berechne über die angegebenen Formelbeziehungen die Spannung zwischen den beiden Halbzellen.

Formelbeziehungen:

Die freie Standard-Enthalpie einer Redox-Reaktion entspricht der elektrischen Arbeit einer galvanischen Zelle:	Go = -Wel .

Die elektrische Arbeit ist das Produkt aus Spannung, Stromstärke und Zeit:

Wel = U * I * t = U * Q

Wird in einer galvanischen Zelle unter Standardbedingungen die Ladung Q = z * F (bei einem Formelumsatz) transportiert, erhält man

Go = - Eo * z * F mit F= 96487 C/mol [C=Coulomb]

Die freie Enthalpie Go einer Redoxreaktion kann also experimentell bestimmt werden, indem man die Zellspannung der entsprechenden galvanischen Zelle unter Standardbedingungen misst.

Ergebnis der Berechnung: E = _______________ [ ___ ]

Beziehungen zwischen den Energiearten:	1 J = 1 W * s = 1 V * A * s

1 C = 1 A * s