Elemente und Moleküle, Schulbuch

78 4 ANoRGANISCHe ReAKtIoNStYPeN Anwendungen der Elektrolyse Gewinnung unedler Metalle Da die Ionen unedler Metalle sehr schwache Oxidationsmittel sind, können diese Metalle nur durch Schmelzflusselektrolyse aus dem gereinigten Erz gewonnen wer- den. Die Gewinnung von Aluminium aus Bauxit wird in Kapitel 5.7 besprochen. Reinigung edler Metalle Die elektrolytische Kupferreinigung ist in Abb. 78.1 grafisch dargestellt. Rohkupfer ist die Anode, hochreines Kupfer die Katode und schwefelsäurehältige Kupfer(II)- sulfat-Lösung der Elektrolyt. Zu Beginn werden alle im Vergleich zu Kupfer unedleren Metalle oxidiert (stärkere Reduktionsmittel). Diese Metall-Ionen sind aber im Ver- gleich zu den Cu 2+ -Ionen schwächere Oxidationsmittel und können daher nicht an der Katode reagieren. An der Katode scheidet sich hochreines (Massenanteil Cu: 99,98 %) Kupfer ab. Die im Vergleich zu Kupfer edleren Metalle können als schwache Reduktionsmittel nicht oxidiert werden und sinken im Zuge der Reaktion in metal- lischer Form zu Boden und bilden dort den „Anodenschlamm“, aus dem die wert- vollen Metalle gewonnen werden können. Die Reinigung edler Metalle nach dem Schema der Kupferreinigung wird auch für Silber und andere Edelmetalle angewandt. Elektrolytisches Aufbringen von Metallüberzügen Das elektrolytische Aufbringen von Metallüberzügen zur Oberflächenveredelung kann ebenfalls nach dem Schema der Kupferreinigung erfolgen ( Galvanisieren ). Als Anode verwendet man dabei das aufzubringende Metall in reiner Form. Dadurch ändert das Elektrolysebad während des Galvanisierens seine Konzentration nicht. Verstärkung der Passivierungschicht des Aluminiums Zur Verstärkung der Passivierungsschicht des Aluminiums schaltet man das zu pas- sivierende Werkstück als Anode in verdünnten Schwefelsäure-Elektrolyten. Solcher- art behandeltes Aluminium wird Eloxal (= elektrolytisch oxidiertes Aluminium) ge- nannt. Chloralkalielektrolyse Einer der wichtigsten großtechnischen Prozesse ist die Elektrolyse wässriger Natri- umchlorid-Lösung (= Chloralkalielektrolyse). Sie dient zur Produktion von Natronlau- ge und Chlor. (Kap. 5.2) ■ 78.1: Elektrolyse einer wässrigen Natriumsulfat-Lösung Verwend dazu ein U-Rohr, in das die Salz- Lösung gefüllt wird, und elektrolysiere an Grafit-Elektroden mit ca. 5 V Spannung! Versetz die Lösung des farblosen Salzes mit Universalindikator-Lösung, um die pH- Änderung durch die Elektroden-Reaktio- nen nachzuweisen! Entsorgung: Schwermetallkanister. ■ 78.2: Elektrolyse einer Kupfer(II)-sulfat-Lösung an Kupfer-Elektroden Elektrolysier Kupfer(II)-sulfat-Lösung an Kupfer-Elektroden! Wieg vor dem Versuch die Kupfer-Anode! Elektrolysier einige Mi- nuten und wieg wieder (Elektrode abtrock- nen!)! Eine Massenabnahme ist festzustel- len. Die Massenzunahme der Katode tritt natürlich ebenfalls ein. Sie ist aber schwe- rer zu bestimmen, da sich das Kupfer in poröser Form abscheidet und beim Ab- trocknen weggewischt wird. Entsorgung: Die Kupfer(II)-sulfat-Lösung wird in das Vorratsgefäß zurückgegeben. SCHÜLeRVeRSUCHe Anodenschlamm Reinst- kupfer Roh- kupfer Kupfer-Atome Cu 2+ -Ionen Edelmetall-Atome ... zB Ag, Au, Pt, Ir Atome unedler Metalle, zB Fe, Ni Ionen unedler Metalle, zB Fe 2+ -Ionen Abb. 78.1: Elektrolytische Kupferreinigung Abb. 78.2: Modellversuch Chlor-Alkali-Elektrolyse. Links der Beginn, rechts das Ende der Reaktion. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv