Elektromotorische Kraft

Die elektromotorische Kraft (Abkürzung EMK) ist die historische Bezeichnung für die stromlos gemessene Klemmenspannung einer Galvanischen Zelle oder allgemein einer jeden Spannungsquelle.

Der Begriff wird auch für die Potenzialdifferenz 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 EMK berechnet sich aus der Differenz der beiden Halbzellenpotenziale, die durch die jeweiligen Redox-Reaktionen bestimmt werden.

Galvanische_Zelle.png

Im Daniell-Element findet an der Anode die Oxidation des Zinks statt.

${\rm Zn \longrightarrow Zn^{2+} + 2e^- }$

An der Kathode wird Kupfer reduziert.

${\rm Cu^{2+} + 2e^-\longrightarrow Cu }$

Für jede Halbzelle berechnen sich die Halbzellenpotenziale nach der Nernst-Gleichung.

$E = E_0 + \frac{RT}{z \cdot F}\cdot\ln\left(c(\mathrm{Me}^{z+})\right)$

E

Potenzial bzw. elektrische Spannung gegen eine Referenzelektrode ^*

E_0

Standard-Potenzial (nachzuschlagen unter Spannungsreihe) ^*

T

Temperatur ^*

c(\mathrm{Me}^{z+})

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 Halbzellenpotenziale nach

ΔE = E_Kathode - E_Anode

Für das Daniell-Element erhält man für Metallionenkonzentrationen von jeweils 1 mol/L

ΔE = E_Kathode - E_Anode = E_Kupfer - E_Zink = 1.10 V ,

da unter Standardbedingungen (Temperatur 25°C, Konzentration 1 mol/L, Druck 1 atm) das Halbzellenpotenzial dem Standard-Potenzial 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.

Elektrische Messtechnik | Elektrochemie

Gourt Home::Gourt :: Elektromotorische Kraft