Elektrochemische Grundlagen
Die Elektrochemie ist ein Teilgebiet der Physikalischen Chemie und umfasst verschiedene Gebiete, darunter Synthesemethoden wie die Batterien und die Galvanotechnik. Ein weiterer Teilbereich ist die präparative Elektrochemie, die sich mit der Elektrolyse und der Elektrosynthese befasst.
Redoxreaktion im Alltag
Redoxreaktionen sind in unserem Alltag allgegenwärtig. Beispiele dafür sind die Zellatmung, die alkoholische Gärung, die Photosynthese und die Verbrennung von Benzin.
Galvanisches Element
Batterien sind sogenannte Primärzellen, die nicht wieder aufladbar sind, während Akkus als Sekundärelemente fungieren und wieder aufladbar sind. Beide wandeln chemische Energie in elektrische Energie um.
Ein Beispiel für ein galvanisches Element ist die Daniell-Zelle, die aus einer Zinkelektrode (Anode) und einer Kupferelektrode (Kathode) besteht. Dabei gibt das unedle Metall (Zink) Elektronen ab, die durch einen Leiter wandern und sich dann am edlen Metall (Kupfer) sammeln. Dieser Vorgang führt dazu, dass sich die Zinkelektrode auflöst und die Kupferelektrode größer wird.
Elektrolyse
Die Elektrolyse ist ein Prozess, bei dem ein elektrischer Strom eine Redoxreaktion erzwingt. Dabei handelt es sich um die Umkehrung der galvanischen Zelle, wobei Energie zugeführt werden muss. Die Elektrolyse wird unter anderem zur Gewinnung von Metallen, zur Herstellung von Stoffen, deren rein chemische Herstellung zu teuer wäre, und zur Energiespeicherung (z.B. Wasserstoff, Chlor, Natronlauge) verwendet.
Elektrolyse von Wasser
Ein wichtiges Anwendungsbeispiel für die Elektrolyse ist die Zerlegung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Dabei findet an der Kathode die Reaktion 2H3O+ + 2e- -> H2 + 2H2O statt, während an der Anode die Reaktion 40H- -> O2 + 2H2O + 4e- abläuft. Dieser Prozess führt dazu, dass das Gebiet um die Kathode basischer und das Gebiet um die Anode saurer wird.
Quellen:
