Was ist eine Konzentrationszelle?

Eine Konzentrationszelle ist in zwei verschiedene Abschnitte unterteilt, die durch eine Komponente verbunden sind, damit Elektronenpartikel passieren können, z. B. eine Salzbrücke. Diese beiden Halbzellen enthalten Elektroden und die Lösungen unterscheiden sich in ihren Konzentrationen. Wenn die Konzentrationszelle aktiviert ist, wird die konzentrierte Lösung typischerweise stärker verdünnt, während die dispergierte Lösung Moleküle hinzufügt, bis beide gleich sind. Wenn sich das Gleichgewicht nähert, wird normalerweise eine Spannung erzeugt. Die Stärke dieser Reaktion kann gemessen werden, indem das Potential der Zelle unter Verwendung einer mathematischen Formel, der Nernst-Gleichung, berechnet wird.

Zur Berechnung des Potentials einer Konzentrationszelle wird normalerweise ein Voltmeter benötigt. Der vom Instrument bereitgestellte Wert, der positiv oder negativ sein kann, kann dann in die Gleichung eingesetzt und mit dem Konzentrationsniveau zur Bestimmung des Potentials verwendet werden. In einer Konzentrationszelle fließen Elektronen von einer Substanz zur anderen. Der Abschnitt, der Partikel verliert, wird als Oxidationsseite bezeichnet, während die Reduktionsseite sie gewinnt.

Metallteile werden häufig in solchen Zellen verwendet, und verschiedene Bereiche von ihnen können unterschiedlichen Materialkonzentrationen ausgesetzt sein. Einige Metallteile können ein höheres elektrisches Potential aufweisen als andere, was zu Korrosion führen kann. Während eine Konzentrationszelle gereinigt werden kann, um dies zu verhindern, ist dies häufig schwierig, wenn das System beispielsweise in Erde gelegt wird.

Korrosion kann durch Metallionen auftreten. Wenn die Zelle Wasser enthält oder Wasser ausgesetzt ist, nicht versiegelt ist oder keine Schutzbeschichtung vorhanden ist, können die Bereiche in der Nähe eines hohen Metallionengehalts korrodieren. Ungleichmäßige Sauerstoffkonzentrationen, die auf Metalloberflächen unter Wasser auftreten können, können bei niedrigen Gaswerten zu Korrosion führen. An Stellen zwischen benachbarten Teilen und Holz, Gummi oder Kunststoff in der Nähe einer Metalloberfläche tritt typischerweise eine Verschlechterung auf. Eine Aktiv-Passiv-Konzentrationszelle entsteht, wenn Sauerstoff vorhanden ist und ein passiver Film unter einer Salzschicht durchstoßen wird, was zu Lochfraß im Metall führt.

Konzentrationszellen werden häufig als Messgeräte zur Messung des Säuregehalts und der Basizität des Bodens verwendet. Bei diesen ist normalerweise ein Ende dem Boden ausgesetzt und das andere Ende ist in einer Kaliumchloridlösung enthalten. Anschließend können die beiden Messungen verglichen werden. Im Allgemeinen ist die Probe umso saurer, je höher die erzeugte Spannung ist. Eine Konzentrationszelle kann auch zur Analyse von Chemikalien sowie zum Testen verschiedener Materialien auf Korrosionsanfälligkeit verwendet werden.