Taucht man einen Kupferstab in eine Kupfer(II)salzlösung,
gehen Kupfer-Ionen in Lösung, während am Kupferstab die dabei
gebildeten Elektronen verbleiben. Dadurch baut sich ein elektrochemisches
Potenzial auf. Dieses verhindert die weitere Bildung von Kupfer-Ionen,
nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht ein:
Cu
Cu2+ + 2e-
In der Elektrochemie wird ein solches
Element, bestehend aus einer Kupferelektrode und der entsprechenden Salzlösung,
auch als Halbzelle bezeichnet (Cu/Cu2+).
Das Gleichgewicht ist von der Konzentration
der Kupfer-Ionen in der Lösung und von der Temperatur abhängig.
Die Elektronen im Kupferstab bewirken einen Elektronendruck, die Elektronen
könnten mit Hilfe eines elektrischen Leiters abgeleitet werden. Je
besser ein Metall oxidierbar ist, umso mehr Ionen in der Lösung werden
gebildet und umso höher ist der Elektronendruck im Metallstab. Bei
einer Zn/Zn2+-Halbzelle ist der Elektronendruck im Zinkstab
daher höher als im Kupferstab. Verbindet man die beiden Halbzellen
(Cu/Cu2+und Zn/Zn2+) mit Hilfe einer elektrisch leitfähigen
Brücke, fließen Elektronen vom Zinkstab zum Kupferstab. Es entsteht
eine messbare, elektrische Spannung. Die absoluten Elektrodenpotenziale
der einzelnen Halbzellen können nicht gemessen werden, es benötigt
immer zwei Halbzellen.
Um damit arbeiten zu können, wurde
als Bezugspunkt die Normal-Wasserstoffelektrode gewählt. Eine Platinelektrode
taucht in eine Säurelösung mit der Konzentration von 1mol/l und
wird von Wasserstoff bei einem Druck von 101,3 kPa umspült. Diese
Halbzelle erhält das festgelegte Elektrodenpotenzial von E0=
0,00 Volt. Das Normalpotenzial der
anderen Halbzellen wird immer relativ zur Normal-Wasserstoffelektrode gemessen.
Edle Metalle stehen in der Tabelle unterhalb der Normal-Wasserstoffelektrode,
sie lassen sich schwer oxidieren, sie geben wenig Ionen in die Lösung
ab und bilden in der Elektrode einen niedrigen Elektronendruck aus. Die
nachfolgende Tabelle enthält eine Auswahl an Metall-Metallsalz-Halbzellen
mit der Normal-Wasserstoffelektrode als Bezugspunkt:
Cu2+ + 2e-