Anorganische Chemie

Das Kapitel Donator-Akzeptor-Prinzip in unserem Online-Kurs Anorganische Chemie besteht aus folgenden Inhalten:

  1. Donator-Akzeptor-Prinzip
    Donator-Akzeptor-Prinzip
    Geben und Nehmen - dieses Grundprinzip spiegelt sich in vielen chemischen Vorgängen wieder. Im wesentlichen sind Redoxreaktionen und Säure-Base-Reaktionen, die typischen Reaktionen für eine Donator-Akzeptor-Beziehung.
  2. Säure-Base-Chemie
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie
    „Sauer macht lustig“ ist ein bekanntes Sprichwort im Zusammenhang mit Lebensmitteln. Beim Genuss eines noch nicht ganz reifen Apfels oder von frisch gepresstem Zitronensaft weiß jeder, was auf ihn zukommt: meistens ein ganz komisch verzogenes Gesicht in Kombination mit einem seltsamen Geschmack im Mund! Säuren und Basen begleiten uns somit ständig im Alltag. Oft verwenden wir die Begriffe, ohne weiter darüber nachzudenken, was sie eigentlich auf molekularer und atomarer ...
  3. Definition: Säuren und Basen
    Dieser Text ist als Beispielinhalt frei zugänglich!
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Definition: Säuren und Basen
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    ... Protolysen genannt. Protolysen beruhen auf dem Donator-Akzeptor-Prinzip.In den folgenden zwei Tabellen sind wichtige Namen und die dazugehörigen Summenformeln von Säuren und Basen aufgelistet. Jeder Abiturient mit Prüfungsfach Chemie sollte mindestens die dort vorkommenden Verbindungen erkennen und benennen.Tabelle 1: Wichtige Säuren, ihre Summenformeln und das GegenionLöst man eine bestimmte Menge einer der Säuren aus Tabelle 1, z.B. HCl (Salzsäure), in einem ...
  4. Protolyse von Säuren und Basen
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Protolyse von Säuren und Basen
    Das Auflösen (Dissoziation) einer Säure bzw. einer Base in ihre Ionen in einem bestimmten Volumen Lösungsmittel (hier: Wasser) ist ebenfalls eine Protolyse. Im Folgenden schauen wir uns diese beiden Protolysen genauer an.
  5. Protolyse einer Säure
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Protolyse von Säuren und Basen > Protolyse einer Säure
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    Zur Erklärung wird hier für die Säure eine allgemeine Bezeichnung verwendet: HA. Wie wir schon unter dem Punkt Definition gelernt haben, liefern Säuren Protonen (H+-Ionen). Diese müssen die Säuren in ihrer Struktur gebunden haben, damit sie freigesetzt (geliefert) werden können. In diesem Beispiel ist das Proton rot markiert (siehe Abbildung 1).Abbildung 1: Isolierte Darstellung der Dissoziation der Säure HA zu seinen IonenDer Doppelpfeil in der Abbildung 1 ...
  6. Protolyse einer Base
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Protolyse von Säuren und Basen > Protolyse einer Base
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    Die Definition nach Brönsted besagt, dass Basen (B) Protonen (H+-Ionen) aufnehmen. Es muss somit immer ein Protonenlieferant im Reaktionsmedium vorhanden sein, damit die Base als Base fungieren kann. Auch in diesem Fall betrachten wir für die Protolyse eine allgemeine Base B in dem Lösungsmittel Wasser (H2O). Somit ist das einzige Teilchen, das ein Proton liefern kann, das Wasserteilchen. Schauen wir uns dazu die Abbildung 3 an. Die Base B nimmt in der Hinreaktion ein Proton (H+) vom ...
  7. Konjugierte Säure-Base-Paare
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Konjugierte Säure-Base-Paare
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    Wie bei den meisten chemischen Reaktionen handelt es sich bei Protolysen um reversible Reaktionen bzw. um sogenannte Gleichgewichtsreaktionen! Dies wiederum bedeutet, dass jede Protolyse eine Hin- und eine Rückreaktion hat. Daraus lässt sich das schon durch Brönsted und Lowry eingeführte konjugierte Säure-Base-Prinzip ableiten.In Abbildung 4 ist dies an einem allgemeinen Beispiel erklärt. Man sieht in Abbildung 4 die Säure HA. Das rote „H“ symbolisiert ...
  8. Mehrprotonige Säuren
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Mehrprotonige Säuren
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    Tabelle 1 enthält Säuren wie Salzsäure (HCl), aber auch Säuren wie Schwefelsäure (H2SO4) und Phosphorsäure (H3PO4). Diese Säuren unterscheiden sich in ihrer Anzahl an gebundenen H-Atomen und somit in ihrer Anzahl an Protonen, die sie in einer Protolyse abgeben können. Bei der Salzsäure handelt es sich um eine einprotonige Säure. Schwefelsäure ist eine zweiprotonige und Phosphorsäure eine dreiprotonige Säure. Die Abgabe der Protonen ...
  9. Ampholyte
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Ampholyte
    Ampholyte sind Verbindungen mit amphoteren Eigenschaften, d.h., sie können sowohl als Säure als auch als Base reagieren. Zwei solcher Verbindungen haben wir schon kennengelernt. In Abbildung 2 hat Wasser (H2O) als Base und in Abbildung 3 als Säure reagiert. Somit ist Wasser ein Ampholyt. In Abbildung 5 hat Hydrogensulfat (HSO4-) als Base in der 1. Dissoziationsstufe und in der 2. Dissoziationsstufe als Säure reagiert. Als was das Teilchen in einer Protolyse fungiert, hängt ...
  10. Autoprotolyse des Wassers
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Autoprotolyse des Wassers
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    Wie wir schon festgestellt haben, besitzt Wasser amphotere Eigenschaften und kann somit als Säure oder als Base in Protolysen reagieren. Da stellt sich die Frage, ob auch unter 2 Teilchen Wasser eine Protolyse möglich ist, wie in Abbildung 6 dargestellt.Abbildung 6: Autoprotolyse des WassersDie Frage kann ganz klar mit ja beantwortet werden. Auch mehrfach destilliertes Wasser (= sehr reines Wasser) besitzt eine spezifische Leitfähigkeit (k = 4*10-8 W-1cm-1), die ohne Vorliegen ...
  11. Ionenprodukt des Wassers
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Ionenprodukt des Wassers
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    Wie wir aus dem Kapitel „Chemisches Gleichgewicht“ wissen, sagt der Wert der Gleichgewichtskonstanten K etwas über die Gleichgewichtslage einer Reaktion aus. Das Massenwirkungsgesetz (MWG) für die Autoprotolyse von Wasser ist in Abbildung 7 dargestellt. Die eckigen Klammern in der Formel ([…]) stellen Konzentrationsklammern dar, wobei immer die Gleichgewichtskonzentrationen gemeint sind (siehe dazu Thema „Chemisches Gleichgewicht“). Konzentrationen werden ...
  12. pH-Wert
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > pH-Wert
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    Der pH-Wert (Potentia hydrogenii) ist eine wichtige Größe in der Säure-Base-Chemie. Durch diesen Wert erfahren wir etwas über den Säuregrad einer Lösung. Zur Messung des pH-Wertes verwendet man entweder ein pH-Meter, Indikator-Lösungen oder pH-Papier. Bevor wir darauf eingehen, sollten wir uns erst einmal anschauen, wie wir den pH-Wert mathematisch ausdrücken können. Wie schon erwähnt, bildet die Grundlage des pH-Werts das Ionenprodukt von Wasser ...
  13. Neutralisation
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Neutralisation
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    Neutralisation bedeutet, den Überschuss an Hydroxidionen oder Oxoniumionen aufzuheben, oder einfacher ausgedrückt, das Überführen des pH-Wertes einer Lösung in den neutralen Bereich (pH = 7). Nehmen wir mal an, wir haben eine wässrige Lösung mit dem pH-Wert von 2. Über diesen pH-Wert wissen wir, dass wir uns im sauren Bereich befinden und somit die Oxoniumionenkonzentration ([H3O+]) höher ist als die Hydroxidionenkonzentration ([OH-]). Um diese ...
  14. Säure- & Basenstärke
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Säure- & Basenstärke
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    Wie stark eine Säure ist, hängt davon ab, wie stark das Dissoziationsgleichgewicht der sauren wässrigen Lösung auf der Produktseite liegt. Starke Säuren dissoziieren vollständig zu ihren Ionen. Schwache Säure dissoziieren nur geringfügig zu ihren Ionen. Das Gleiche gilt für Basen. Wenn man verschiedene Säuren gleicher Konzentration vergleicht, erkennt man, dass sie unterschiedliche pH-Werte haben. Der Grund dafür ist, dass sie unterschiedliche ...
  15. Starke Säuren und Basen
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Starke Säuren und Basen
    Im Kapitel „Ampholyte“ haben wir gesehen, dass z.B. Wasser (H2O) entweder als Säure oder als Base reagieren kann. Wie es reagiert, hängt von der Säure- bzw. Basenstärke des Reaktionspartners ab. Da wir nur verdünnte wässrige Lösungen betrachten, geben die pKS- bzw. pKB-Werte der konjugierten Säure-Base-Paare von Wasser den Rahmen an (= nivellierender Effekt des Wassers).In verdünnten Lösungen von starken Säuren mit KS > KS(H3O+) ...
  16. Puffer
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Puffer
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    Puffer sind Lösungen, die durch Zugabe einer starken Lauge oder starken Säure ihren pH-Wert nur ganz geringfügig ändern. Diese Lösungen können die zugegebenen Hydroxidionen bzw. Oxoniumionen abpuffern. Genauer bezeichnet man diese Lösungen als Säure-Base-Puffer oder Puffersysteme. Ein Beispiel ist der Phosphatpuffer. Dieser puffert im neutralen Bereich und enthält das konjugierte Säure-Base-Paar Dihydrogenphosphation/Hydrogenphosphation: H2PO4-/HPO42-. ...
  17. Indikatoren
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Indikatoren
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    Indikatoren sind Verbindungen, die abhängig vom pH-Wert eine unterschiedliche Farbe annehmen können. Allgemein besteht ein Säure-Base-Indikator aus einem konjugierten Säure-Base-Paar abgekürzt: HInd/Ind-.Abbildung 24: Gleichgewicht eines allgemeinen IndikatorsDie Farbveränderungen der Indikatoren beruhen in der Regel auf Strukturveränderungen in ihren Molekülen, die durch Protonenübergänge bewirkt werden. Die Strukturänderung hat zur Folge, dass ...
  18. Säure-Base-Titration
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Säure-Base-Chemie > Säure-Base-Titration
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    Die Säure-Base-Titration ist ein quantitatives analytisches Verfahren und beruht auf der Neutralisationsreaktion. Saure Lösungen mit unbekannter Konzentration können mit Basen/Laugen bekannter Konzentration titriert werden (Alkalimetrie). Über den Verbrauch der Lauge mit bekannter Konzentration kann dann die Konzentration der sauren Lösung berechnet werden. Ebenfalls können basische Lösungen unbekannter Konzentration mit Säuren bekannter Konzentration titriert ...
  19. Redox-Chemie
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie
    ... genauso wie die Säure-Base-Chemie auf dem Donator-Akzeptor-Prinzip. Jedoch steht in der Redox-Chemie das Elektron (e-) im Fokus und nicht wie in der Säure-Base-Chemie das Proton (H+). Somit beruhen Redox-prozesse immer auf einem Elektronentransfer/-übergang. Der Begriff „Redox-Chemie“ setzt sich aus Reduktion und Oxidation zusammen. Demnach geht mit jedem Elektronentransfer eine Reduktion und Oxidation einher.Die wichtigsten Prozesse in Organismen und Ökosystemen ...
  20. Oxidation und Reduktion
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Oxidation und Reduktion
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    Oxidation und Reduktion gehen immer mit einem Elektronentransfer einher. Daher erfolgt die Definition dieser Begriffe ebenfalls über das Elementarteilchen Elektron (e-). Unter einer Reduktion versteht man die Aufnahme von Elektronen und eine Erniedrigung der Oxidationszahl. Eine Oxidation ist eine Abgabe von Elektronen und eine Erhöhung der Oxidationszahl. Der Begriff der Oxidationszahl wird unter dem gleichnamigen Kapitel erklärt.Merke: Oxidation = Abgabe von Elektronen (e-) Erhöhung ...
  21. Oxidationszahlen/ Oxidationsstufen
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Oxidationszahlen/ Oxidationsstufen
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    Die Oxidationszahlen sind rein formale Hilfsgrößen und sollten nicht mit echten Ladungen verwechselt werden. Um die Herleitung der Oxidationszahlen zu verstehen, ist die Definition der Elektronegativität (EN) wichtig.Merke: Die Elektronegativität (EN) ist ein relatives Maß, Elektronen in einer Bindung an sich zu ziehen.Die Elektronegativität nach Pauling ist jedem Elementsymbol zugeordnet und i.d.R. im Periodensystem zu finden. Schauen wir uns die Verbindung HCl (Salzsäure) ...
  22. Aufstellen von Redoxgleichungen
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Aufstellen von Redoxgleichungen
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    Redoxprozesse werden in Redoxgleichungen abgebildet. Dies sind die Reaktionsgleichungen für Redoxvorgänge. Natürlich gelten auch hier die Gesetze der Erhaltung der Masse und der Erhaltung der Ladung. Bei Redoxvorgängen ist auch der pH-Wert entscheidend. Einige Redoxprozesse können nur im sauren, andere nur im basischen Milieu stattfinden.Merke: Redoxgleichungen sind Reaktionsgleichungen, die Redoxprozesse abbilden. Um den Prozess zu üben, fangen wir mit einer Beispielaufgabe ...
  23. Dis- und Komproportionierung
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Dis- und Komproportionierung
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    Im Rahmen einer Redoxreaktion kann ein Element/eineVerbindung als Oxidations- und als Reduktionsmittel wirken. Dabei gehen die Atome aus einer mittleren Oxidationsstufe in eine niedrigere und eine höhere Stufe über. Die Atome werden somit teils oxidiert und teils reduziert. Dieser Vorgang wird als Disproportionierung bezeichnet (siehe dazu Abb. 13).Abbildung 13: Beispiel für eine DisproportionierungAus dem elementaren Chlor (Cl2) mit der Oxidationszahl 0 wird Natriumchlorid (NaCl) ...
  24. Redoxreaktionen: Elektrochemie
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie
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    Die Elektrochemie beruht auf technisch angewandten Redoxprozessen. Dabei werden oft Redoxprozesse verwendet, die vollkommen freiwillig ablaufen. Freiwillig bedeutet in diesem Fall ohne Zufuhr von Energie, z.B. in Form von Strom. Andere technisch genutzte Redoxvorgänge benötigen Strom, um ablaufen zu können, z.B. eine Elektrolyse.Bevor wir tiefer in die technische Anwendung einsteigen, schauen wir uns ein paar Beispiele für freiwillig ablaufende Redoxprozesse an. Das bekannteste ...
  25. DANIELL-Element/ galvanische Zelle
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > DANIELL-Element/ galvanische Zelle
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    Ein Daniell-Element ist eine galvanische Zelle. In galvanischen Zellen finden Redoxprozesse statt und der Elektronenfluss kann in Form von Strom gemessen werden. Dabei sind Oxidation und Reduktion räumlich voneinander getrennt. Jede Teilreaktion stellt eine sogenannte Halbzelle dar. Die Halbzellen werden über einen Elektronenleiter miteinander verbunden, damit der Elektronenfluss gewährleistet ist. Um den Stromkreis zu schließen, werden die beiden Halbzellen ebenfalls über ...
  26. Elektrochemische Spannungsreihe
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Elektrochemische Spannungsreihe
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    Die Fragen die sich bei diesen Beobachtungen stellen, sind: Welche Triebkraft steckt dahinter? Warum gibt das Eisen bzw. das Zink freiwillig Elektronen an die Kupfer-Ionen ab? Findet dieser Prozess auch umgekehrt freiwillig statt? Die letzte Frage muss mit „nein“ beantwortet werden. Elementares Kupfer gibt nicht freiwillig Elektronen an Eisen bzw. an Zink ab.Der richtige Ansatz zur Erklärung dieses Vorgangs ist die Einteilung (u.a.) der Metalle in edle und in unedle Metalle. Zu den ...
  27. Konzentrationsabhängigkeit der Elektrodenpotentiale
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Konzentrationsabhängigkeit der Elektrodenpotentiale
    Die Potentiale in Tabelle 2 sind Standardpotentiale. Zu den Standardbedingungen gehört auch die Konzentration der Elektrolyt-Lösung von c = 1 mol/L. Nimmt man z.B. zwei Zinkhalbzellen bei Standardbedingungen und baut daraus eine galvanische Zelle, dann kann man keine Potentialdifferenz messen. Allerdings kann man tatsächlich eine Potentialdifferenz messen, wenn eine der Halbzellen nicht die Konzentration der Elektrolyt-Lösung von 1 mol/L hat, sondern eine niedrigere. Eine solche ...
  28. Nernst-Gleichung
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Nernst-Gleichung
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    Die Nernst-Gleichung beschreibt den gerade beschriebenen Zusammenhang zwischen Elektrodenpotential eines beliebigen Redoxsystems und der Elektrolyt-Konzentration. Walter Nernst hat diese Gesetzmäßigkeit auf thermodynamischem Wege gefunden.Abbildung 24: Allgemeine Nernst-GleichungDie in Abb. 24 auftauchenden Größen werden in Tabelle 3 erklärt.Tabelle 3: Erklärung der Größen aus der NERNST-GleichungBei Raumtemperatur (T = 298 K) und nach Umformung des natürlichen ...
  29. Korrosion
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Korrosion
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    Eine sehr bekannte Art von Korrosion ist das Rosten von Eisen, das nichts anderes ist als die Oxidation dieses Metalls. Solange Eisen trocken bleibt, passiert nichts. Wenn es dagegen nass wird, wird es vom Luftsauerstoff oxidiert. Die Standardpotentiale in Abb. 26 zeigen, dass Eisen (Fe) unedler ist als Sauerstoff (O2). Deshalb wird Eisen oxidiert und Sauerstoff reduziert. Der vollständigkeitshalber wurde der Schritt der Oxidation durch den Faktor 2 erweitert.Abbildung 26: Redoxreaktion von ...
  30. Elektrolyse (allgemein)
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Elektrolyse (allgemein)
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    Eine Elektrolyse ist die Umkehrung der Vorgänge eines galvanischen Elements. Um einen freiwilligen Prozess umzukehren, muss dem System Energie in Form von Gleichstrom zugeführt werden. Eine Elektrolyse ist also eine durch elektrischen Strom erzwungene Redoxreaktion. Dabei sind Reduktion und Oxidation räumlich voneinander getrennt.Merke: Elektrolyse ist eine durch elektrischen Strom erzwungene Redoxreaktion. Man setzt dabei elektrische Energie in chemische Energie um.Wenn man ein galvanisches ...
  31. Technisch interessante Elektrolysen
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Elektrolyse (allgemein) > Technisch interessante Elektrolysen
    Im letzten Kapitel der Redox-Chemie/ Elektrochemie werden folgende industriell genutzten Elektrolysen kurz vorgestellt:Chloralkali-ElektrolyseKupfer-RaffinationWasserelektrolyse
  32. Chloralkali-Elektrolyse
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Elektrolyse (allgemein) > Technisch interessante Elektrolysen > Chloralkali-Elektrolyse
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    Die Chloralkali-Elektrolyse ist eines der wirtschaftlich wichtigsten Elektrolyse-Verfahren. Man verwendet bei dieser Elektrolyse eine wässrige Natriumchlorid-Lösung. An der Anode scheidet sich Chlorgas (Cl2) ab und es entstehen Hydroxidionen (OH-). An der Kathode bildet sich Wasserstoff (H2). Es entsteht kein elementares Natrium.Abbildung 30: Elektrodenreaktionen der Chloralkali-ElektrolyseEs scheidet sich kein Natrium (Na) ab, da das Elektrodenpotential von Natrium viel größer ...
  33. Kupfer-Raffination
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Elektrolyse (allgemein) > Technisch interessante Elektrolysen > Kupfer-Raffination
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    Kupfer (Cu) ist nach Eisen (Fe) und Aluminium (Al) das wichtigste Gebrauchsmetall. Kupfer hat eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit und wird daher gerne in der Elektrotechnik und Elektronik verwendet. Da nur sehr reines Kupfer diese hohe Leitfähigkeit hat, muss es von allen Fremdmetallen befreit sein. Dies wird durch die Kupfer-Raffination (Verfeinern von Kupfer) erreicht. Man verwendet eine Rohkupferelektrode als Anode (Pluspol). Rohkupfer ist durch Eisen (Fe), Zink (Zn), Nickel (Ni), ...
  34. Wasserstoffgewinnung/Wasserelektrolyse
    Donator-Akzeptor-Prinzip > Redox-Chemie > Redoxreaktionen: Elektrochemie > Elektrolyse (allgemein) > Technisch interessante Elektrolysen > Wasserstoffgewinnung/Wasserelektrolyse
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    Unter der Wasserelektrolyse versteht man die Zerlegung von Wasser (H2O) in seine Elemente Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) mithilfe von elektrischem Strom.Abbildung 32: Teilreaktionen der Wasserelektrolyse
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