Bei einem Konzentrationselement werden zwei Elektroden desselben Metalls in ihre Metalllösung getan, allerdings sind in den beiden Halbzellen die Konzentrationen unterschiedlich.

Ein Beispiel sind zwei Kupferelektroden die in Kupfersulfatlösung unterschiedlicher Konzentrationen getan werden.

Ist die Konzentration beider Halbzellen gleich, misst man keine Spannung.

Je größer das Konzentrationsverhältnis beider Halbzellen, desto höher die gemessene Spannung. Ist das Konzentrationsverhältnis gleich, so misst man eine gleiche Spannung zwischen den Halbzellen.

An beiden Zellen gilt die Reaktionsgleichung \( Cu \rightleftharpoons Cu^{2+} + 2e^- \). Die Konzentration an der Donatorhalbzelle ist geringer. Es werden daher viele Kupferatome oxidiert und Kupferionen gehen in Lösung, während Elektronen zurückbleiben, die zur Akzeptorhalbzelle fließen. Dort werden dann Kupferionen reduziert. Über die Elektrolytbrüche findet ein Ladungsausgleich statt.

Die Zellspannung in Abhängigkeit der Konzentrationen kann mit der Nernst-Gleichung bestimmt werden:

\[ E = E^0 + \frac{R \cdot T}{z \cdot F}\cdot\ln{\frac{c(Ox)}{c(Red)}} \]

Für 25°C ergibt sich:

\[ E = E^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot\log{\frac{c(Ox)}{c(Red)}} \]

Zum Beispiel ergibt sich für die \( Cu|Cu^{2+} \)-Halbzelle mit einer 0,1-molaren Kupfersulfatlösung: \( E = 0,52\text{V} + \frac{0,059V}{1} \cdot \log{\frac{0,1\frac{\text{mol}}{\text{l}}}{1\frac{\text{mol}}{\text{l}}}} = 0,461\text{V}\). Dabei wird dem Metallatomen eine Konzentration von \(1\frac{\text{mol}}{\text{l}}\) zugeordnet. Die Kupferionen sind die oxidierten Teilchen, da sie Elektronen abgegeben haben und stehen daher im Zähler. Entsprechend die Kupferatome im Nenner.

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Abitur (Elektrochemie) Chemie Apunte sobre Elektrochemie, creado por Dewath B el 06/10/2018.