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Elektrolyse I - Grundlagen

Elektrolyse

In Galvani'schen Elementen laufen Redoxprozesse freiwillig ab. Galvani'sche Elemente können daher elektrische Arbeit leisten. Durch Zuführung einer elektrischen Arbeit in Form einer Gleichspannung kann die Umkehrung der im Galvani'schen Element freiwillig ablaufenden Reaktion erzwungen werden. Die Umkehrung des Galvani'schen Prozesses nennt man Elektrolyse.

Galvani'sches Element:
freiwilliger Prozess
Elektrolyse:
erzwungener Prozess (Umkehrung des Galvani'schen Prozesses)

Der Prozess der Elektrolyse läuft nicht freiwillig ab. Um die Redoxreaktion zu erzwingen, müssen durch Anlegen einer externen Spannung den Teilchen an der Anode Elektronen entzogen werden. Diese werden dann an der Kathode zur Verfügung gestellt.

Die Elektrolyse wird in einer elektrochemischen Zelle durchgeführt. In eine Elektrolytlösung tauchen zwei Elektroden, die den elektrischen Strom gut leiten. An die Elektroden wird eine Spannung U angelegt. Auf diese Weise wird in der Elektrolytlösung ein elektrisches Feld erzeugt. Die Richtung des Stromflusses und damit die Reaktionsrichtung wird durch die Richtung des angelegten elektrischen Feldes bestimmt. Für die Elektrolyse ist die Kathode mit dem Minuspol der externen Spannungsquelle verbunden. Die Anode kontaktiert den positiven Pol der Spannungsquelle.

Es liegt ein geschlossener Stromkreis vor. Ein Teil des Stromkreises, der sogenannte äußere Stromkreis, besteht aus Metallen. Hier erfolgt der Stromtransport durch Elektronen. Der sogenannte innere Stromkreis besteht aus einer wässrigen Elektrolytlösung. In der Elektrolytlösung erfolgt der Ladungstransport durch die Ionen in der Lösung. Es treten also zwei verschiedene Arten von Ladungsträgern auf, Elektronen und Ionen.

Der Stromfluss durch eine Elektrolytlösung in der Zelle ist mit einer erzwungenen chemischen Umsetzung an den Elektroden verbunden. An den Elektrodenoberflächen werden Ionen entladen und abgeschieden, oder von der Elektrode gehen Ionen in Lösung. An der Phasengrenze Elektrode/Elektrolytlösung erfolgt der Übergang von der Elektronenleitung im Metall zur Ionenleitung in der Elektrolytlösung. Der Ladungsaustausch an der Phasengrenze steht in unmittelbarem Zusammenhang mit den Reaktionen, die an den Elektroden beobachten sind. Die an den Elektroden reagierenden Stoffe müssen dabei nicht identisch sein, mit denen, die den Ladungstransport im Elektrolyten bewirken.

Die Elektrolyse ist eine wichtige Methode zur qualitativen und quantitativen Analyse von Metallen. Wichtige Methoden sind die Elektrogravimetrie und die Polarographie.

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