Das Prinzip

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Nach außen hin ist ein Metall zunächst einmal elektrisch neutral, da es genauso viele Elektronen wie Protonen im Kern der Atome besitzt.

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Wenn ein Metall mit Wasser in Berührung kommt, dann löst sich das Metall langsam auf.

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Wasser besteht aus polaren Wassermolekülen. Wassermoleküle sind Dipolmoleküle, die Atome eines Wassermoleküls besitzen Partialladungen.

Bild 5

Zink ist ein unedles Metall und gibt daher gerne Elektronen ab. Es entstehen Zink-Ionen:

Zn → Zn²⁺ + 2e^-

Zink oxidiert. Die Elektronen verbleiben beim Metall, die Zink-Ionen wandern ins Wasser und werden dort von Wassermolekülen umhüllt. Während Zink-Atome in Wasser unlöslich sind, können sich Zink-Ionen sehr gut in Wasser lösen.

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Je mehr Zink sich auflöst, desto größer ist der Elektronenüberschuss beim Metall. Irgendwann stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein, da die positiv geladenen Zink-Ionen vom Elektronenüberschuss angezogen werden.

Die Hydrathüllen sind der Übersicht halber hier weggelassen.

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Kupfer ist viel edler als Zink, es gibt sehr ungerne Elektronen ab. Daher gehen viel weniger Kupfer-Ionen in Lösung. An der Zinkstange entsteht also eine stärkere negative Ladung als an der Kupferstange. Zwischen den beiden Metallen herrscht ein Ladungsunterschied.

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Verbindet man beide Metalle über einen leitfähigen Draht, bewegen sich die Elektronen vom Zink über diesen Draht zum Kupfer. Es fließt Strom. Kupfer-Ionen nehmen Elektronen auf und werden wieder zu elementarem Kupfer.

Gelangen Kupfer-Ionen zum Zinkstab, können sie dort ebenfalls Elektronen aufnehmen. Es scheidet sich Kupfer am Zinkstab ab. Dadurch kann die Zink-Ionen-Bildung blockiert werden.

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Eine Zugabe von Schwefelsäure (H₂SO₄) führt zu einer erhöhten Abgabe an Elektronen vom Kupferstab. Dadurch erhöht sich die Spannung.

Ein weiterer Vorteil ist die Reaktion von Schwefelsäure mit dem unedlen Metall Zink. Dadurch wird die Kupfer-Elektrode weniger durch Zink vergiftet.

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Je zwei gebildete Wasserstoff-Atome bilden ein Wasserstoff-Molekül. Auf diese Art werden immer wieder Elektronen von dem Kupferstab entfernt und das System ist verstärkt bemüht, den Ladungsunterschied auszugleichen.