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Elektrochemie

Einführung Elektrochemie

Elektrochemie
Elektrochemie ist das Gebiet der Chemie, in der ein chemisches System Teil eines elektrischen Stromkreises ist.

Teilgebiete

Die Typen elektrochemischer Zellen sind vielfältig. Es lassen sich grob unterteilen:

Messung der Elektromotorischen Kraft (EMK)
Der in der Zelle ablaufenden Gesamtreaktion (= Zellreaktion) liegt eine spontane chemische Reaktion zu Grunde. Die „Triebkraft” der chemischen Reaktion ist daran zu erkennen, dass bei offenen Elektrodenenden (= Verbindung über einen unendlich großen Widerstand) eine elektrische Spannung gemessen werden kann. Sie wird elektromotorische Kraft genannt, abgekürzt EMK. Für verschiedene chemische Reaktionen treten verschiedene EMK auf. Schließt man die Elektroden kurz, so fließt solange ein Strom, bis die chemische Reaktion zu den Endprodukten geführt hat, die auch bei Vermischen aller Reaktanden in einem Gefäß entstanden wären. Bei Reaktionsende liegt ein Gleichgewicht vor und damit ist auch die EMK null. Da bei den Anfangskonzentrationen der Reaktanden die EMK > 0 ist, für Gleichgewichtskonzentrationen aber EMK=0 gilt, muss allgemein die EMK konzentrationsabhängig sein. D.h. die EMK einer elektrochemischen Zelle ist abhängig von der Art der chemischen Reaktion und der Konzentration der Reaktanden in der Lösung, die die Elektroden umgibt! Die EMK ist eine wichtige Messgröße für Reaktionen zwischen Ionen, da aus EMK-Werten Aussagen über chemische Gleichgewichtskonstanten folgen.
Stromerzeugung
Sie erfolgt z.B. mittels Batterie, Akkumulator oder Brennstoffzelle.
Elektrolyse (z.B. Gewinnung von Na und Cl2 aus NaCl)
Die in der Zelle ablaufende Reaktion ist keine spontane, d.h. freiwillig eintretende Reaktion. Sie wird durch Anlegen einer Spannung (= Zersetzungsspannung) erzwungen. An den offenen Enden der elektrochemischen Zelle tritt keine EMK auf. Spannung und Strom werden beim Experiment vom Experimentator so vorgegeben, dass eine optimale Ausbeute resultiert. Die durch den Stromdurchgang bedingten chemischen Vorgänge (Stichwort: Elektroden-Polarisierung, Überspannung) fasst man unter dem Namen „Elektrolyse” zusammen. Die Zielsetzung dieser Experimente sind also „chemische Synthesen mit Elektronen”.
Leitfähigkeit - Messung von Ionenleitfähigkeit in Lösungen
Die elektrochemische Zelle dient zur Untersuchung der Eigenschaften der Zellflüssigkeit. Die Elektrodenreaktionen sind uninteressant und werden durch Verwendung von Wechselspannungen weitgehend unterdrückt. Messgröße ist die Stromstärke bei vorgegebener Spannung. Es folgen Aussagen über die Zahl, Ladung und Größe von Ionen.
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