Zell-EMK-Rechner

Die elektromotorische Kraft, kurz EMK oder Zellpotenzial, ist die durch eine elektrochemische Reaktion verfügbare Spannung. Eine galvanische Zelle trennt Oxidation und Reduktion in zwei Halbzellen, sodass Elektronen durch einen äußeren Stromkreis fließen. An der Kathode erfolgt die Reduktion, an der Anode die Oxidation. Sind beide Tabellenwerte als Reduktionspotenziale angegeben, ergibt sich das Standardzellpotenzial aus Kathodenpotenzial minus Anodenpotenzial. Standardelektrodenpotenziale beziehen sich auf festgelegte Referenzbedingungen: üblicherweise gelöste Spezies mit Aktivität eins, Gase bei Standarddruck und eine bestimmte Temperatur. Reale Zellen arbeiten häufig bei anderen Konzentrationen oder Partialdrücken. Die Nernst-Gleichung korrigiert dafür die Standardspannung: E = E Standard - (RT / nF) ln Q. Dabei sind R die Gaskonstante, T die absolute Temperatur in Kelvin, n die Zahl der übertragenen Elektronen in der ausgeglichenen Reaktion, F die Faraday-Konstante und Q der dimensionslose Reaktionsquotient. Der Reaktionsquotient muss aus der ausgeglichenen Gesamtreaktion gebildet werden. Produktaktivitäten stehen im Zähler, Eduktaktivitäten im Nenner, jeweils mit ihrem stöchiometrischen Koeffizienten als Exponent. Reine Feststoffe und Flüssigkeiten entfallen, da ihre Aktivitäten praktisch eins sind. Bei Q gleich eins ist die logarithmische Korrektur null und das berechnete Potenzial entspricht dem Standardpotenzial. Ein größeres Q senkt im Allgemeinen die Spannung der angegebenen Reaktion, ein kleineres erhöht sie. Ein positives Zellpotenzial zeigt an, dass die Hinreaktion unter den eingegebenen Bedingungen thermodynamisch begünstigt ist. Es beschreibt weder Reaktionsgeschwindigkeit noch Innenwiderstand, Elektrodenüberspannung oder Spannungsverluste unter Last. Die tatsächliche Klemmenspannung kann daher vom reversiblen Wert abweichen. Die Temperatur beeinflusst die Spannung über die Nernst-Korrektur und in realen Systemen auch über Aktivitätskoeffizienten und Materialverhalten. Verwenden Sie einheitliche Reduktionspotenzial-Konventionen und kehren Sie das Vorzeichen nicht doppelt um. Gleichen Sie die Redoxreaktion vor der Wahl von n aus und verwenden Sie Kelvin statt Grad Celsius. Für konzentrierte Lösungen sind Aktivitäten genauer als reine molare Konzentrationen. Der Rechner liefert eine nachvollziehbare ideale thermodynamische Schätzung für Chemieaufgaben, erste Batterieanalysen und die Kontrolle von Laborrechnungen.