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Elektrochemie einfach erklärt: Spannungsreihe und galvanische Zelle für Kids

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Nele Hildebrandt

27.5.2023

Chemie

Elektrochemische

Elektrochemie einfach erklärt: Spannungsreihe und galvanische Zelle für Kids

Die Elektrochemie einfach erklärt: Eine umfassende Betrachtung der elektrochemischen Grundlagen und Anwendungen in der Metallchemie.

• Die elektrochemische Doppelschicht bildet die Grundlage für das Verständnis metallischer Eigenschaften und elektrochemischer Prozesse
• Zentrale Themen sind die galvanische Zelle, Brennstoffzellen und Elektrolysezellen als wichtige elektrochemische Systeme
• Korrosionsschutz und praktische Anwendungen in der Chloralkali-Elektrolyse werden detailliert behandelt
• Die elektrochemische Spannungsreihe und Redoxpotentiale spielen eine fundamentale Rolle bei allen elektrochemischen Vorgängen

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27.5.2023

1450

Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle
Metallbindung
positiv geladenes. Melall-lon → dazwischen frei bewegliche. Elektronen.

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Redoxpotential und Konzentrationsabhängigkeit

Dieses Kapitel vertieft das Verständnis von Redoxpotentialen und ihrer Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren.

Das Redoxpotential wird als das elektrische Potential definiert, das bei der Bildung der elektrochemischen Doppelschicht entsteht. Es hängt von mehreren Faktoren ab, darunter das spezifische Redoxpaar, die Temperatur, die Stoffmengenkonzentration der Salzlösung und bei Gasen auch vom Druck.

Definition: Das Redoxpotential ist das elektrische Potential, das bei der Bildung der elektrochemischen Doppelschicht entsteht und von verschiedenen Faktoren abhängt.

Die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials wird erläutert, wobei zwischen Donator- und Akzeptorhalbzellen unterschieden wird. Die Nernst'sche Gleichung wird eingeführt, um die Berechnung von Redoxpotentialen aus dem Standardelektrodenpotential und den Konzentrationen der Redoxpartner zu ermöglichen.

Highlight: Die Nernst'sche Gleichung ist ein wichtiges Werkzeug zur Berechnung von Redoxpotentialen unter nicht-standardisierten Bedingungen.

Das Kapitel geht auch auf verschiedene Arten von elektrochemischen Zellen ein, darunter Primär- und Sekundärelemente. Der Bleiakkumulator wird als Beispiel für ein Sekundärelement detailliert beschrieben, einschließlich der Reaktionen beim Entlade- und Ladevorgang.

Example: Die Gesamtreaktion beim Entladen eines Bleiakkumulators lautet: Pbss + PbO₂ss + 4H₃O⁺aqaq + 2SO₄²⁻aqaq = 2PbSO₄ss + 6H₂Oll

Vocabulary: Ein Sekundärelement ist eine wiederaufladbare galvanische Zelle, die durch Zufuhr elektrischer Energie wieder in ihren Ausgangszustand versetzt werden kann.

Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle
Metallbindung
positiv geladenes. Melall-lon → dazwischen frei bewegliche. Elektronen.

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Brennstoffzelle und weitere Anwendungen

Dieses Kapitel behandelt fortgeschrittene Anwendungen der Elektrochemie, insbesondere die Brennstoffzelle.

Brennstoffzellen werden als spezielle Art von galvanischen Zellen vorgestellt, bei denen die Ausgangsstoffe kontinuierlich von außen zugeführt werden müssen. Sie wandeln chemische Energie direkt in elektrische Energie um.

Definition: Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt, wobei die Reaktanten kontinuierlich zugeführt werden.

Der Aufbau und die Funktionsweise einer Brennstoffzelle werden erklärt, wobei besonders auf die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle eingegangen wird. Die Bläschenbildung an den Elektroden durch Anlegen einer Gleichspannung wird als wichtiger Prozess hervorgehoben.

Highlight: In einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle bildet die Wasserstoffhalbzelle den Minuspol und die Sauerstoffhalbzelle den Pluspol.

Das Kapitel deutet auch auf weitere Anwendungen und Aspekte der Elektrochemie hin, die in den vorherigen Abschnitten nicht detailliert behandelt wurden. Dies unterstreicht die Vielseitigkeit und Bedeutung der Elektrochemie in verschiedenen technischen und wissenschaftlichen Bereichen.

Vocabulary: Die Bläschenbildung an den Elektroden ist ein sichtbares Zeichen für die Gasbildung in elektrochemischen Zellen und spielt eine wichtige Rolle bei der Funktionsweise von Brennstoffzellen.

Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle
Metallbindung
positiv geladenes. Melall-lon → dazwischen frei bewegliche. Elektronen.

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Brennstoffzellen und Ihre Funktionsweise

Die Brennstoffzelle stellt eine besondere Form der galvanischen Zelle dar, bei der die Reaktanten kontinuierlich zugeführt werden müssen.

Highlight: Die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle wandelt chemische direkt in elektrische Energie um.

Example: An der Minuspol-Elektrode reagiert Wasserstoff mit Hydroxidionen zu Wasser H2+2OH2H2O+2eH₂ + 2OH⁻ → 2H₂O + 2e⁻.

Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle
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positiv geladenes. Melall-lon → dazwischen frei bewegliche. Elektronen.

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Überspannung und Elektrolyse

Die Überspannung ist ein wichtiger Parameter bei elektrochemischen Prozessen, insbesondere bei der Wasserelektrolyse.

Definition: Die Überspannung beschreibt die zusätzlich benötigte Spannung über das thermodynamisch notwendige Maß hinaus.

Example: Bei der Wasserelektrolyse mit Graphitelektroden beträgt die praktische Spannung 3,35V bei 0,1 A/cm².

Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle
Metallbindung
positiv geladenes. Melall-lon → dazwischen frei bewegliche. Elektronen.

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Chloralkali-Elektrolyse

Die Chloralkali-Elektrolyse ist ein wichtiger industrieller Prozess zur Gewinnung von Chlor und Natronlauge.

Highlight: Das Membranverfahren ist das modernste und umweltfreundlichste Verfahren der Chloralkali-Elektrolyse.

Example: An der Kathode erfolgt die Reduktion: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻

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Korrosionsschutz

Der Korrosionsschutz von Metallen kann durch verschiedene Überzüge realisiert werden.

Definition: Metallische und nichtmetallische Überzüge schützen das Grundmetall vor Korrosion.

Example: Zink bildet eine schützende Oxidschicht PassivierungPassivierung und bietet guten Schutz vor Sauerstoffkorrosion.

Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle
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Elektrochemische Vorgänge an Weißblech

Die elektrochemischen Prozesse an Weißblech demonstrieren das Zusammenspiel verschiedener Korrosionsmechanismen.

Highlight: Lokalelemente sind kurzgeschlossene galvanische Zellen mit direkt nebeneinanderliegenden Elektroden.

Example: Bei beschädigter Zinnschicht mit Sauerstoffzutritt bildet sich ein Lokalelement mit Oxidation des Eisens.

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Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Lena, iOS Userin

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

 

Chemie

1.450

27. Mai 2023

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Elektrochemie einfach erklärt: Spannungsreihe und galvanische Zelle für Kids

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Nele Hildebrandt

@temporaryname_sqlf

Die Elektrochemie einfach erklärt: Eine umfassende Betrachtung der elektrochemischen Grundlagen und Anwendungen in der Metallchemie.

• Die elektrochemische Doppelschicht bildet die Grundlage für das Verständnis metallischer Eigenschaften und elektrochemischer Prozesse
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Redoxpotential und Konzentrationsabhängigkeit

Dieses Kapitel vertieft das Verständnis von Redoxpotentialen und ihrer Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren.

Das Redoxpotential wird als das elektrische Potential definiert, das bei der Bildung der elektrochemischen Doppelschicht entsteht. Es hängt von mehreren Faktoren ab, darunter das spezifische Redoxpaar, die Temperatur, die Stoffmengenkonzentration der Salzlösung und bei Gasen auch vom Druck.

Definition: Das Redoxpotential ist das elektrische Potential, das bei der Bildung der elektrochemischen Doppelschicht entsteht und von verschiedenen Faktoren abhängt.

Die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials wird erläutert, wobei zwischen Donator- und Akzeptorhalbzellen unterschieden wird. Die Nernst'sche Gleichung wird eingeführt, um die Berechnung von Redoxpotentialen aus dem Standardelektrodenpotential und den Konzentrationen der Redoxpartner zu ermöglichen.

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Das Kapitel geht auch auf verschiedene Arten von elektrochemischen Zellen ein, darunter Primär- und Sekundärelemente. Der Bleiakkumulator wird als Beispiel für ein Sekundärelement detailliert beschrieben, einschließlich der Reaktionen beim Entlade- und Ladevorgang.

Example: Die Gesamtreaktion beim Entladen eines Bleiakkumulators lautet: Pbss + PbO₂ss + 4H₃O⁺aqaq + 2SO₄²⁻aqaq = 2PbSO₄ss + 6H₂Oll

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Brennstoffzelle und weitere Anwendungen

Dieses Kapitel behandelt fortgeschrittene Anwendungen der Elektrochemie, insbesondere die Brennstoffzelle.

Brennstoffzellen werden als spezielle Art von galvanischen Zellen vorgestellt, bei denen die Ausgangsstoffe kontinuierlich von außen zugeführt werden müssen. Sie wandeln chemische Energie direkt in elektrische Energie um.

Definition: Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandelt, wobei die Reaktanten kontinuierlich zugeführt werden.

Der Aufbau und die Funktionsweise einer Brennstoffzelle werden erklärt, wobei besonders auf die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle eingegangen wird. Die Bläschenbildung an den Elektroden durch Anlegen einer Gleichspannung wird als wichtiger Prozess hervorgehoben.

Highlight: In einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle bildet die Wasserstoffhalbzelle den Minuspol und die Sauerstoffhalbzelle den Pluspol.

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Vocabulary: Die Bläschenbildung an den Elektroden ist ein sichtbares Zeichen für die Gasbildung in elektrochemischen Zellen und spielt eine wichtige Rolle bei der Funktionsweise von Brennstoffzellen.

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Brennstoffzellen und Ihre Funktionsweise

Die Brennstoffzelle stellt eine besondere Form der galvanischen Zelle dar, bei der die Reaktanten kontinuierlich zugeführt werden müssen.

Highlight: Die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle wandelt chemische direkt in elektrische Energie um.

Example: An der Minuspol-Elektrode reagiert Wasserstoff mit Hydroxidionen zu Wasser H2+2OH2H2O+2eH₂ + 2OH⁻ → 2H₂O + 2e⁻.

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Überspannung und Elektrolyse

Die Überspannung ist ein wichtiger Parameter bei elektrochemischen Prozessen, insbesondere bei der Wasserelektrolyse.

Definition: Die Überspannung beschreibt die zusätzlich benötigte Spannung über das thermodynamisch notwendige Maß hinaus.

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Chloralkali-Elektrolyse

Die Chloralkali-Elektrolyse ist ein wichtiger industrieller Prozess zur Gewinnung von Chlor und Natronlauge.

Highlight: Das Membranverfahren ist das modernste und umweltfreundlichste Verfahren der Chloralkali-Elektrolyse.

Example: An der Kathode erfolgt die Reduktion: 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻

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Korrosionsschutz

Der Korrosionsschutz von Metallen kann durch verschiedene Überzüge realisiert werden.

Definition: Metallische und nichtmetallische Überzüge schützen das Grundmetall vor Korrosion.

Example: Zink bildet eine schützende Oxidschicht PassivierungPassivierung und bietet guten Schutz vor Sauerstoffkorrosion.

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Elektrochemische Vorgänge an Weißblech

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Struktur-Eigenschafts-Prinzip am Beispiel der Metalle

Dieses Kapitel befasst sich mit der Metallbindung und dem Elektronengasmodell, um die charakteristischen Eigenschaften von Metallen zu erklären.

Die Metallbindung wird durch das Elektronengasmodell beschrieben, bei dem positiv geladene Metallionen von frei beweglichen Elektronen umgeben sind. Diese Struktur erklärt viele typische Eigenschaften von Metallen.

Definition: Die Metallbindung ist eine ungerichtete elektrostatische Anziehung zwischen positiv geladenen Metallionen und frei beweglichen Elektronen.

Highlight: Das Elektronengasmodell erklärt wichtige Eigenschaften von Metallen wie elektrische und thermische Leitfähigkeit, metallischen Glanz und Verformbarkeit.

Das Konzept der elektrochemischen Doppelschicht wird eingeführt, welches das elektrische Potential zwischen einem Metall und seiner Salzlösung beschreibt. Dies führt zur Erklärung der elektrochemischen Spannungsreihe, die Redoxpaare nach ihrem Standard-Elektrodenpotential ordnet.

Vocabulary: Die Lösungstension auchLo¨sungsdruckgenanntauch Lösungsdruck genannt ist charakteristisch für jedes Metall und bestimmt die Lage des Gleichgewichts sowie die Stärke des Potentials in der elektrochemischen Doppelschicht.

Das Kapitel schließt mit einer detaillierten Beschreibung der galvanischen Zelle, insbesondere des Daniell-Elements. Es erklärt den Aufbau, die Funktionsweise und die Darstellung im Zelldiagramm.

Example: Ein Beispiel für ein Zelldiagramm ist: Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu

Highlight: Die Berg-Ab-Regel besagt, dass eine Redoxreaktion freiwillig abläuft, wenn das Reduktionsmittel ElektronendonatorElektronendonator in der elektrochemischen Spannungsreihe über dem Oxidationsmittel ElektronenakzeptorElektronenakzeptor steht.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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