Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste R5 210 Bereits heutzutage stehen genügend technisch ausgereifte Verfahren zur Verfügung, um Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln: Werden Silicium oder andere Halbmetalle durch Einbau geeigneter Atome in Gitter gezielt »verunreinigt« (dotiert), so können die Elektronen – gleichsam angestoßen durch die Aufnahme von Lichtenergie – in Bewegung versetzt werden. Diese Art der Strom- erzeugung heißt Fotovoltaik. Eine weitere Möglichkeit zur Nutzung der Sonnenenergie bieten Parabolrinnen. Diese konzentrieren die Wärmeenergie der Sonne in einer einzigen Linie. Genau dort verläuft ein Rohr, in dem ein zirkulierendes Öl auf einige 100 °C erhitzt wird. Die Wärmeenergie wird auf Wasser übertragen. Dieses verdampft und treibt eine Turbine zur Stromerzeugung an. Mit diesem Verfahren produzieren seit 1991 neun kalifornische Kraftwerke mehr Solarstrom als alle Fotovotaikanlagen der Welt zusammengenommen. Reines Silicium Brennstoffzellen sind galvanische Elemente, die aus flüssigen oder gasförmigen Reduk- tionsmitteln und Oxidationsmitteln elektri- schen Strom erzeugen. Die Wasserstofftech- nologie ist in der Lage, in einem Kreislauf- prozess elementaren Wasserstoff mithilfe der Fotovoltaik als erneuerbaren Energieträger zu produzieren. Brennstoffzellen können die im Wasserstoff gespeicherte Sonnenenergie bei Bedarf in elektrische Energie umwandeln. Lösungsanleitung: 1. Die Erhaltung der Masse (Atomsymbole) und der Ladungen (Hochzahlen) sind zu berücksichtigen. Deshalb müssen die stöchiometrischen Koeffizienten angepasst sein. Eventuell sind bei Redoxreaktionen fehlende Sauerstoffatome durch H 2 O und Wasserstoffatome durch H + zu ergänzen. Elektronen dürfen in einer vollständigen Reaktionsgleichung niemals aufscheinen. 2. Der Vergleich von Edukten mit Produkten zeigt, ob eine Redoxreaktion stattfindet. Bei den Formeln von Ionengittern ist die Ladung der Ionen zu beachten.* Edukte und Produkte unterscheiden sich bei Protolysen um ein Proton (siehe P5), HCl + H 2 O Cl – + H 3 O + bei Redoxreaktionen um Elektronen oder 2 AgCl* 2 Ag + Cl 2 um Sauerstoffatome. H 2 + 2 O 2 2 H 2 O Bei Löse- und Fällungsreaktionen bleiben alle Ionen erhalten (siehe M5). AgCl* Ag + + Cl – Bei Komplexreaktionen entstehen neue Ionen (siehe N5). Ag + + 2 NH 3 [Ag(NH 3 ) 2 ] + 3. Werden bei einem Redoxpaar die fehlenden O-Atome durch H 2 O, die fehlenden H-Atome durch H + und die Ladungsdifferenzen durch e – abgeglichen, so lässt sich ermitteln, welche Stoffteilchen wie viele Elektronen abgeben bzw. aufnehmen: Ein oder mehrere Elektronen spalten sich vom …-Molekül/Ion/Atom ab und werden vom ...-Molekül/Ion/Atom aufgenommen. Dadurch entstehen … 5. E° < 0 E° ~~ 0 E° > 0 4. Das Reduktionsmittel ist mäßig stark, ebenso das konjugierte Oxidationsmittel. Das Reduktionsmittel ist schwach, das konjugierte Oxidationsmittel ist stark. Ein mäßig starkes Reduktionsmittel unterstützt die Reaktion teilweise als Edukt oder als Produkt. Ein schwaches Reduktionsmittel ist als Edukt ungünstig für die Reaktion, als Produkt günstig. 6. Ein starkes Reduktionsmittel ist als Edukt günstig für die Reaktion, als Produkt ungünstig. Das Reduktionsmittel ist stark, das konjugierte Oxidationsmittel ist schwach. 7. Die Redoxreaktion erzeugt eine große ( ), mäßige ( ), kleine ( ) elektrische Spannung. 8. Valenzstrichformeln können mithilfe von »Soll und Haben« an Elektronenpaaren berechnet werden. Für Ionengitter hingegen ist die Formeleinheit anzugeben. Das Schema ist den Edukten und Produkten zuzuordnen. Bei der Teilgleichung der Oxidation werden Elektronen »freigesetzt«: Rem 1 Oxm 1 + n e – Bei der Teilgleichung der Reduktion »verschwinden« Elektronen: n e – + Oxm 2 Rem 2 Standardpotenzial E° (E° ist die Spannungsdifferenz unter Standardbedingungen gegenüber dem Redoxpaar H 2 /2 H + .) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv