Elektrolyse
Redox-Reaktionen-Konzept
Elektrolysezelle
Elektroyse: Umkehrung des galvanischen Elements, elektrolytische Prozess sind Reaktionen, bei denen eine Reaktion erzwungen wird, beispielsweise durch das Anlegen einer Spannung.
• Aufbau: Zwei Elektroden in einer leitfähigen Flüssigkeit, einem Elektrolyt
• Elektroden: Graphit, Platin, Palladium
• Umkehrung des galvanischen Elements = erzwungene Redoxreaktion
• Äußere Stromquelle wird angelegt, OPA = Oxidation, Pluspol, Anode
Prinzip
Die Spannungsquelle bewirkt
- einen Elektronenmangel in der mit dem Pluspol (Anode) verbundenen Elektrode
- einen Elektronenüberschuss in der anderen, mit dem Minuspol (Kathode) verbundenen Elektrode.
- Die Lösung zwischen der Kathode und Anode enthält als Elektrolyte positiv und negativ geladene Ionen.
- Positiv geladene Ionen (Kationen) nehmen an der Kathode Elektronen auf und werden dadurch reduziert. = Reduktion
- An der Anode läuft der entgegengesetzte Prozess ab, die Abgabe von Elektronen in die Elektrode, wobei Stoffe, z.B. Anionen, oxidiert werden = Oxidation.
- Die Menge der an der Anode übertragenen Elektronen ist gleich der an der Kathode übertragenen.
Zersetzungsspannung
= Spannung, die mindestens angelegt werden muss, um eine Elektrolyse zu aktivieren. ZS + Spannungsbetrag (Elektrode, T, I) = Überspannung
Überspannung
Spannung, die zusätzlich zur Zersetzungsspannung aufgebracht werden muss, sodass eine Elektrolyse stattfindet. Sowohl an der Kathode als auch an der Anode können Überspannungen auftreten und somit die benötigte Spannung erhöhen.Die Überspannungen sind bei Gasbildungen (z.B. Wasserstoff- und Sauerstoffbildung) mitunter beträchtlich. Die aufgebrachte Überspannungsenergie geht als Wärme verloren, trägt also nicht zum Stoffumsatz bei. Je nach Metallart und Oberflächenbeschaffenheit der Elektroden, Stromstärke und Temperatur beeinflusst ebenfalls die Überspannung.
eine wachsende Stromstärke erhöht leicht die Überspannung
eine Temperaturerhöhung senkt dagegen die Überspannung
Elektrodengleichgewichte
Lösungsvorgang = Lösungstension: Affinität sich zu lösen
Abscheidungsvorgang = Abscheidungstension: Affinität, sich an der Elektrode abzuscheiden
Je negativer das Redoxpotential, desto größer das Lösungsbestreben, als oxidierte Form vorzuliegen.
Je positiver das Redoxpotential, desto größer das Abscheidungsbestreben
homogene (einphasig), z.B. Gasraum
heterogene (mehrphasig), z.B. Daniell-Element
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