Ist bei einer neuen, nicht angeschlossenen Batterie bereits eine chemische Reaktion aufgetreten, die zu überschüssigen Elektronen am Anodenende geführt hat?

REAKTION 1: Wenn ich eine neue unverbundene Alkaline-Zelle kaufe, hat am Anodenende bereits eine chemische Reaktion stattgefunden, die Elektronen am Anodenende freisetzt?

REAKTION 2: Hat auch im gleichen neuen, nicht angeschlossenen Zustand der Batterie eine chemische Reaktion am Kathodenende stattgefunden, die Elektronen vom Kathodenende einfängt?

Nachdem ich dies durchdacht habe, habe ich das Gefühl, dass REAKTION 1 zwar in einer neuen, nicht angeschlossenen Batterie auftritt, die andere REAKTION 2 jedoch nicht auftritt, da keine freien Elektronen eingefangen werden können. Wenn REAKTION 2 auch in einer nicht angeschlossenen neuen Batterie auftreten würde, würde der Elektrolyt vollständig verbraucht werden und die Batterie würde ziemlich bald sterben, wenn sie an einen externen Stromkreis angeschlossen wird.

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Beide Reaktionen haben stattgefunden, jedoch nur mit einer äußerst begrenzten Anzahl von Elektronen. An der Kathode wurden Elektronen von der Kathodenanordnung eingefangen, einschließlich des Metallanschlusses. Es wurden jedoch relativ wenige Elektronen eingefangen und tatsächlich relativ wenige an der Anode freigesetzt.

Der Grund, warum nur relativ wenige (im Verhältnis zur Gesamtzahl freier Elektronen in den Anoden- und Kathodenbaugruppen) beteiligt sind, liegt darin, dass diejenigen an der Anode ein elektrisches Feld aufbauen, das mehr ankommenden Elektronen entgegenwirkt und die Reaktion beendet. In ähnlicher Weise wirkt die positive Ladung auf der Kathodenanordnung der Entnahme von mehr Elektronen aus der Kathodenanordnung entgegen und beendet die Kathodenreaktion.

All dies ändert sich bekanntlich, wenn man zwischen Kathode und Anode einen äußeren Leiterweg vorsieht: Elektronen können nun aus der Anodenbaugruppe austreten und über den Leiterweg zur Kathode gelangen. Jetzt kann also die Reaktion an der Anode ablaufen und der Kathode werden Elektronen zugeführt, sodass die Reaktion an dieser Elektrode ebenfalls ablaufen kann.

Aber am Anodenende gibt es keine freien Elektronen, wie kommt es also, dass Elektronen beim Reduzieren des Kathodenmaterials eingefangen werden können? Freie Elektronen würden auf der Kathodenseite nur dann zur Verfügung stehen, wenn sie über einen angeschlossenen äußeren Stromkreis von Anode zu Kathode fließen.
Elektronen werden an der Anode innerhalb der Zelle freigesetzt und auf der Anodenanordnung abgelagert. Elektronen werden der Kathodenanordnung entnommen, um an der Reaktion an der Kathode teilzunehmen.
Ich habe irgendwo gelesen, dass in einer Alkalibatterie Elektronen nicht von Anode zu Kathode fließen können, da ein spezielles Material den Elektrolyten am Anodenende umgibt, das Ionen passieren lässt, aber keine Elektronen von der Anode. Ich habe mir ein Video auf YouTube angesehen, das sich unter diesem Link youtu.be/PXNKkcB0pI4 befindet
Das ist richtig; Es sind Ionen, die sich im Elektrolyten bewegen. [Wenn ich mich recht erinnere, ist die wörtliche Bedeutung von 'ion' Reisender ].
Lazy Reader fragt: Können Sie den Anteil aller freien Elektronen schätzen, die die "wenigen" bilden? Ich hätte in der Größenordnung von 1E-6 geschätzt, aber nicht basierend auf tatsächlichen Berechnungen.
Wow! Das ist nicht einfach! Ich denke, ich würde eine Elektrode nehmen, die an einem kugelförmigen Leiter (Radius 𝑅) befestigt ist. Das liegt daran, dass wir die Kapazität kennen! Im Gleichgewicht befindet sich die Ladung (z. B. 𝑄) nur auf der Oberfläche und wir können das Potential aufgrund der Reaktion an der Elektrode mit der EMK ℰ gleichsetzen. So 𝑄 = 4 𝜋 𝜖 0 𝑅 ℰ und die Anzahl der beteiligten Elektronen wird durch 𝑒 dividiert. Ich mache es in der Reihenfolge von 3 × 10 7 für eine Kugel mit 10 cm Durchmesser. Aber natürlich hängt der Anteil der freien Elektronen der Elektrodenanordnung, den dies darstellt, von der Dicke des Metalls ab.
@Philip Wood, Die Reaktion am Kathodenende ist 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e− → Mn2O3(s) + 2OH−(aq). Da Elektronen, die am Anodenende durch die Reaktion Zn(s) + 2OH−(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e− freigesetzt werden, die Anode nicht erreichen können, wenn die Alkalibatterie aufgrund der undurchlässigen Schicht dazwischen nicht angeschlossen ist Anode und Elektrolyt, wo bekommt die Kathode dann 2 Elektronen für die Reaktion an ihrem Ende?
"Woher bekommt die Kathode dann 2 Elektronen für die Reaktion an ihrem Ende?" Von der Elektrodenbaugruppe selbst! Dadurch wird die Elektrodenbaugruppe positiv aufgeladen! Aber diese sehr positive Ladung stoppt, wenn sie groß genug wird (was in einem kleinen Bruchteil einer Sekunde geschieht), mehr Elektronen, die die Elektrodenanordnung verlassen, um an der Reaktion teilzunehmen. Die Reaktion hört also auf.
Das Kathodenmaterial ist eine Form von Manganoxid. Nach dem, was Sie in Ihrem letzten Kommentar erwähnt haben, stammen die Elektronen aus demselben Material. Okay, das macht Sinn. Ich denke, dieser Teil wurde aus Ihrer Antwort nicht klar verstanden.
"Die Elektronen kommen aus demselben Material." und der Anschluss usw., der mit dem Elektrodenmaterial selbst verbunden ist. Deshalb habe ich immer wieder "[Elektroden-]Montage" geschrieben.
@Philip Wood, ich habe eine weitere Frage im Chemieforum gepostet und eine andere Antwort erhalten. Es heißt, dass die Reaktion am Kathodenende nur auftritt, wenn eine verdrahtete Batterie vorhanden ist, dh die andere Hälfte einer chemischen Redoxreaktion findet in einer Batterie nur statt, wenn sie an einen externen Stromkreis angeschlossen ist. Redoxreaktionen treten paarweise auf, sodass Elektronen, die in einer Reaktion gewonnen werden, durch Elektronen erhalten werden, die im anderen Teil der Redoxreaktion verloren gehen.
Die Antwort des Chemieforums, die Sie gemeldet haben, ist eine sehr leichte Vereinfachung. Wenn Sie meine Antwort und Kommentare verstanden haben, werden Sie sehen können, warum das so ist.
Denken Sie an die experimentellen Beweise: Bei einer Batterie aus in Reihe geschalteten Zellen können Sie die Ladungen an den Anschlüssen tatsächlich erkennen . Die einzig plausible Erklärung für diese Ladungen ist, dass Elektronen aus dem Kathodenanschluss entnommen wurden, um an der (kurzlebigen) Kathodenreaktion teilzunehmen, und Elektronen aus der kurzlebigen Reaktion an der Anode am Anodenanschluss abgelagert wurden.
Ist bei einer neuen, nicht angeschlossenen Batterie bereits eine chemische Reaktion aufgetreten, die zu überschüssigen Elektronen am Anodenende geführt hat?
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