Bildung einer elektrochemischen Doppelschicht

[FlashPoint]

Hallo zusammen,
ich hab aktuell noch Verständnisprobleme bei der Bildung einer elektrochemischen Doppelschicht. Ich weiß, dass wenn ich ein Zinkstab z.B in eine Zinksulfatlösung lege, gehen positive Ionen von Zink (Zn^(2+)) in Lösung und lassen Elektronen im Zinkstab zurück. Das geht solange bis sich ein elektrochemisches Gleichgewicht gebildet hat.
Zwischen dem nun negativ geladenen Zinkstab und den solvatisierten (oder sind es in diesem speziellen Fall hydratisierte?) Kationen bildet sich nun eine elektrochemische Doppelschicht aus, soweit so klar.
In einer galvansichen Zelle wandern nun die Elektronen zur Kathode. Was passiert aber mit der Doppelschicht, da Elektronen die Elektrode verlassen werden die solvatisierten Kationen ja nicht mehr an die Elektrode gebunden und können in Lösung gehen. Bedeutet dass einfach dass die elektrochemische Doppelschicht dann verschwindet oder binden sich durch den Verlust der negativen Ladungen dann Solvat-Anionen an der Zinkelektrode. Bei der positiv geladenen Elektrode stellen sich ja die selben Fragen.

Ist mir aktuell wirklich nicht klar, wie sich die elektrochemische Doppelschicht verhält, während der Ladung oder Entladung einer elektrochemischen Zelle.
Kann mir da einer weiterhelfen?
Gruß Philipp

[Jonas__]

Am besten betrachte ein einfaches System mit Kathode und Anode z.B. Zink in Zinksulfat, wie du es vorgeschlagen hast und legen eine schwache Spannung an.
Die Kathode ist negativ polarisiert, d.h. Zinkkationen(solvatisiert) werden in der unmittelbaren Nähe der OF sein.
Die Anode ist positiv polarisiert, d.h. Sulfatanionen werden in unmittelbarer Nähe der OF sein.
Dieser Effekt tritt ein erstmal unabhängig ob Strom fließt. Ob das Zink sich in dem Beispiel auflößen würde weiß ich nicht, Cu hätte vermutlich auch als Bsp. getaugt.


Randbemerkung: die E-Felder in der Doppelschicht sind die größten und homogensten, die man einfach erzeugen kann.

[FlashPoint]

Danke schon einmal für deine Antwort,
soweit wie du es erklärt hast hab ich es nun verstanden. Trotzdem wird mich das interessieren, wie sich die Doppelschicht verhält, wenn Elektronen die Zinkelektrode verlassen. Sprich die Zinkelektrode verliert negative Ladung und kann die Zinkkationen somit theoretisch ja nicht mehr an der Elektrode halten, weil keine Anziehungskräfte mehr herrschen. Einerseits könnte man auch sagen, dass sie Zinkelektrode gegenüber der Kupferelektrode immer negativer geladen bleibt, sprich sie wird immer Kationen anziehen.
Zentrale Frage daher, wenn man externe Spannung anlegt an die Zelle, besteht die Doppelschicht an der Zinkelektrode dann aus solvatisierten Kationen oder aus solvatisierten Sulfat-Anionen. Ich hätte gesagt, sie besteht aus den Elektronen und solvatisierten Sulfat-Anionen, die Kationen in der Lösung müssten also erst diese "Schicht" durchdringen um anschließend mit den Elektronen zu elementaren Zink zu reagieren.
Was sagt ihr dazu?

[Jonas__]

Mit dem Kupfer Bsp. meinte ich, dass beide Elektroden aus Kupfer sind.
Allgemein gilt Kationen gehen zur Kathode. Dass die Kathode in Nachbarschaft zur negativ polarisierten Elektrode nur Kationen hat ist aber nur die halbe Wahrheit. Vielmehr ist diese Schicht mit Kationen stark angereichert-diese Schicht bewirkt, dass es eine 2. deutlich schwächer ausgeprägte aus Anionen bestehend Schicht der, der Kationen, folgt.
Was passiert, wenn du ein Reinmetall in Wasser schmeißt, hängt stark von dem Metall und den Ionen die im Wasser gelöst sind ab.
Die 'Population' von Ionen auf einer OF kann man mit verschiedenen elektroc. Methoden bestimmen. Ein bildhaftes Experiment ist z.B. die OF-Spannung eines Quecksilbertropfens als Elektrode aus dessen Form abzuleiten. Die OF-Spannung der Elektrode wird stark von den adsorbierten Ionen beeinflusst.

[cg]

Wenn von der Zn-Elektrode Ladung über einen externen Stromkreis abfließt, verringert sich die Feldstärke der Doppelschicht. Entsprechend dem elektrochemischen Gleichgewicht löst sich dann weiteres Zn. Die Diffusion der gebildeten Ionen bestimmt das dann dynamische Gleichgewicht, die Spannung, die Feldstärke in der Doppelschicht und ihre "Dicke".
Es sind immer beide Ionenarten auch in der Doppelschicht vorhanden, im Gleichgewicht eben und bei Stromfluss über einen externen Stromkreis im dynamischen Gleichgewicht.

[FlashPoint]

Oky, klingt plausibel, mit der abnehmenden Feldstärke. Elektronen gehen weg und durch die abstoßende elektrische Anziehungskraft, werden die Kationen abgestoßen. Was genau meinst du aber mit dynamisches Gleichgewicht?
Ist damit die dynamische Anreicherung von Sulfat-Anionen an die Elektrodenoberfläche gemeint, da die Elektrode durch die Abnahme von Elektronen positiv geladen wird?
Danke schon einmal für weitere Antworten .

[cg]

Die Diffusion ist ein dynamischer Vorgang. Wenn ständig nachgeliefert wird was wegdiffundiert hast Du ein dynamisches Gleichgewicht.
So wie in Deinem Körper: Wenn Du so viel isst, wie Du verbrauchst bleibt Dein Gewicht konstant.
Machst Du Sport, verbrauchst Du mehr, musst also mehr essen um Dein Gewicht zu halten.

[Jonas__]

Für mehr Details kann ich 'Grundlagen der Elektrochemie' von W. Schmickler empfehlen.

[FlashPoint]

Oky, werde mir das Buch mal anschauen ob mir das weiter hilft. Nochmal Danke.