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2025-02-06T16:50:15Z

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Unter einem '''Diffusionspotential''' <math>\Delta \varphi_{\mathrm{Diff}}</math> versteht man die Differenz des [[Elektrisches Potential|elektrischen Potential]]s, die an der [[Phasengrenze]] zwischen zwei unterschiedlichen [[Elektrolyt]][[Lösung (Chemie)|lösungen]] infolge der ungleichen Verteilung von Elektrolyten auftritt. Unterschiede der Lösungen können dabei bestehen:
* hinsichtlich der chemischen Natur des Elektrolyts bzw. [[Ion]]s
* in der [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]] eines bestimmten Ions ([[Konzentrationsgefälle]]).

Je höher das Diffusionspotential, desto höher das Bestreben der beiden Lösungen, ihren Potentialunterschied durch [[Diffusion]] zu reduzieren.

Die Phasengrenze kann hergestellt werde durch eine [[Membran (Trennschicht)|Membran]], eine [[Fritte (Filter)|Fritte]] oder als Grenze zwischen überlagerten Schichten verschiedener [[Dichte]].

== Auftreten ==
Diffusionspotentiale treten z. B. in [[Galvanische Zelle|Galvanischen Zellen]] auf, so beim [[Gravity-Daniell-Element]], wo sie sich beschreiben lassen als Differenz der [[Galvani-Spannung]]en der beiden dichtegeschichtet separierten Sulfatlösungen – einerseits von [[Zink]] in [[Zinksulfat]] (ZnSO4) und andererseits von [[Kupfer]] in [[Kupfersulfat]] (CuSO4).

Diffusionspotentiale treten darüber hinaus auch bei allen lebenden [[Zelle (Biologie)|Zellen]] auf, so etwa als Diffusionspotential für [[Kalium]]-Ionen (K+), deren ungleiche Verteilung zwischen Zellinnerem und äußerer Umgebung eine Spannungsdifferenz an der [[Zellmembran]] aufbaut, die für ihr [[Membranpotential]] wesentlich ist.

== Minimierung in Messanordnungen ==
Diffusionspotentiale können Messungen mit elektrochemischen Sensoren ([[ionenselektive Elektrode]]n wie z. B. [[pH-Einstabmesskette]]) oder von [[Gleichgewichtspotential]]en galvanischer Elemente stören. Zur Minimierung dieses Einflusses verwendet man geeignete [[Salzbrücke]]n, die zumeist mit konzentrierter [[Kaliumchlorid]]<nowiki></nowiki>lösung gefüllt sind.

== Beispiele zur Größe ==
Zwischen einer 0,1-[[Stoffmengenkonzentration|molaren]] [[Salzsäure]] und einer 0,1-molaren Kaliumchloridlösung tritt ein Diffusionspotential von 28,52 m[[Volt|V]] auf;<ref name="Grundlagen1990">{{Literatur |Autor=Rudolf Brdička, Jiří Dvořák |Titel=Grundlagen der physikalischen Chemie |Auflage=15., bearbeitete Aufl |Verlag=Deutscher Verlag der Wissenschaften |Ort=Berlin |Datum=1990 |ISBN=3326000995 |Seiten=645-649}}</ref> dieser relativ hohe Wert kann mit der hohen [[Ionenbeweglichkeit|Beweglichkeit]] der [[Proton]]en erklärt werden.

Das Diffusionspotential zwischen unterschiedlichen Salzsäurekonzentrationen ist bei 1 M HCl und 11,5 M HCl: 85,3 mV.

Die Diffusionspotentiale in galvanischen Zellen wie dem oben erwähnten Daniell-Element liegen deutlich darunter, da die Konzentrationsunterschiede nur klein sind und die Beweglichkeiten, in diesem Fall die von Kupfer- und Zinkionen, näher beieinander liegen.

== Theorie und Berechnung ==
Bei bekannten [[Aktivität (Chemie)|Aktivitäten]] <math>a_i</math> aller Ionen ist das Diffusionspotential gegeben durch die Gleichung:<ref>{{Literatur |Autor=Gerd Wedler |Titel=Lehrbuch der physikalischen Chemie |Auflage=5., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage |Verlag=Wiley-VCH |Ort=Weinheim |Datum=2004 |ISBN=3527310665 |Seiten=475–477}}</ref>

:<math>\Delta \varphi_{\mathrm{Diff}} = - \frac{R}{F} \cdot T \cdot \sum_{i=1} \int\limits_{a_i(\mathrm{I})}^{a_i(\mathrm{II})} \frac{t_i}{z_i} \; \mathrm{d} \ln(a_i)</math>

mit
* der [[absolute Temperatur|absoluten Temperatur]] ''T''
* den [[Überführungszahl]]en <math>t_i</math>
* den [[Ladungszahl]]en <math>z_i</math>
* dem [[natürlicher Logarithmus|natürlichen Logarithmus]] <math>\ln</math>.
Die [[Naturkonstante]]n sind
* die [[Gaskonstante]] ''R''
* die [[Faraday-Konstante]] ''F'';
für den Faktor <math>\frac{R}{F} \cdot T</math> siehe [[Elektrodensteigung]].

Im einfachsten Fall, wenn
* das Diffusionspotential nur aufgrund von Konzentrationsunterschieden zustande kommt, weil auf beiden Seiten die gleichen Komponenten enthalten sind, und
* es sich um binäre Elektrolyte handelt und
* man mit Konzentrationen <math>c</math> statt mit Aktivitäten rechnen kann,
gilt die einfache Gleichung:<ref name="Grundlagen1990" />

:<math>\Delta \varphi_{\mathrm{Diff}} = - \frac{R T }{F} \cdot \left(\frac{t_+}{z_+} - \frac{t_-}{z_-}\right) \cdot \ln\left(\frac{c_2}{c_1}\right)</math>.

== Literatur ==
* [[Peter Atkins (Chemiker)| Peter W. Atkins]]: Physikalische Chemie. (VCH, Weinheim, 2006). ISBN 3-527-31546-2
* [[Gerd Wedler]]: Lehrbuch der Physikalischen Chemie. (VCH, Weinheim, 1987). ISBN 3-527-26702-6

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrochemie]]

Diffusionspotential - Versionsgeschichte

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