Elemente und Moleküle, Schulbuch

76 4 ANoRGANISCHe ReAKtIoNStYPeN Elektrolyse Elektroden • Elektrolyt • Zersetzungsspannung • Faraday-Gesetze Grundprinzip Redox-Reaktionen können durch Anlegen einer Spannung erzwungen werden. Eine chemische Reaktion mit Hilfe von Spannung nennt man Elektrolyse. Eine Elektroly- se ist nur bei Anlegen von Gleichspannung möglich (Abb. 76.1). Auch bei einer Elek- trolyse reagieren das stärkste Reduktionsmittel und das stärkste Oxidationsmittel. Zum Unterschied von freiwillig ablaufenden Reaktionen sind die gebildeten Stoffe stärker als die Ausgangsstoffe. Jede Elektrolyse-Vorrichtung besteht aus einem Elek- trolyten und zwei Elektroden. Ein Elektrolyt ist eine Lösung, die leitfähig ist (zB Salzlösung, Salzschmelze, Säure). Die Elektroden bestehen entweder aus einem Metall oder aus Grafit. Elektroden dienen manchmal nur als Elektronen-Leiter und sind dabei nicht an der Elektrolyse beteiligt. Solche Elektroden nennt man inerte (reaktionsträge) Elektroden. Die Elektrode, die am Pluspol der Spannungsquelle an- liegt, nennt man Anode , die am Minuspol anliegt, Katode . Die beiden Teilreaktionen – Reduktion und Oxidation – laufen an der jeweiligen Elektrode ab. Es gilt wieder: An der Anode erfolgt die Oxidation und an der Katode die Reduktion. Daher kann man die Anode auch als Oxidationsmittel und die Katode als Reduktionsmittel be- zeichnen. Das einfachste Beispiel für eine Elektrolyse ist die Elektrolyse einer Salz- schmelze an inerten Elektroden, wie sie bereits in Kap. 2 besprochen wurde. Bei Salzlösungen kommt als weiteres Reduktions- bzw. Oxidationsmittel „Wasser“ dazu; dieses muss bei den folgenden Überlegungen berücksichtigt werden. Wasser kann an der Katode zu Wasserstoff reagieren: 2 H 2 O + 2 e – → H 2 + 2 OH – In wässriger Lösung können nur Metalle abgeschieden werden, deren Ionen stärke- re Oxidationsmittel sind als Wasser. Dies sind im Prinzip die edlen Metalle, wie zB Kupfer und Silber. Unedle Metalle, wie Aluminium, Natrium etc., können nur durch Elektrolyse der Salzschmelze elektrolytisch gewonnen werden. Diese Art der Elek- trolyse nennt man auch Schmelzflusselektrolyse . An der Anode kann Wasser zu Sauerstoff reagieren: 2 H 2 O → O 2 + 4 H + + 4 e – In wässriger Lösung dürften an der Anode daher nur Ionen reagieren, die stärkere Reduktionsmittel sind als Wasser. Allerdings ist die Bildung von Sauerstoff auf Grund einer sehr hohen Aktivierungsenergie an den meisten Elektroden erschwert. Wasser verhält sich daher bei der Elektrolyse wie ein sehr schwaches Reduktionsmittel. In der Spannungsreihe ist die Stellung des Wassers für Elektrolysevorgänge extra an- geführt. Elektrolyt Elektroden Positive Elektrode ANODE Negative Elektrode KATODE Gleichspannungsquelle erzwungen = ELEKTROLYSE freiwillig freiwillig Ox 2 Ox 1 Red 1 Red 2 Stärke der Reduktions-Kraft Stärke der Oxidations-Kraft Negative Elektrode Positive Elektrode Positive Elektrode steigt als Gas auf oder setzt sich an der Elektrode fest oder löst sich im Elektrolyt geht als Metall-Ion in Lösung dh., Metall löst sich auf steigt als Gas auf e – e – e – e – e – e – Abb. 76.3: Mögliche Elektrodenreaktionen Abb. 76.2: Erzwungene und freiwillige Redox-Reakti- on an Hand der Redox-Tabelle Abb. 76.1: Aufbau einer Elektrolyse Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv