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Elektrochemie Grundlagen

Die Spannungsreihe

In der Spannungsreihe werden die Elemente nach ihrem Standardpotenzial (veraltet: Normalpotenzial) geordnet. Diese Potentiale werden auf die Standardwasserstoff-Elektrode bezogen, d.h. das Redox-Potenzial des Wasserstoffs wird mit 0 V definiert. Je positiver das Potenzial ist, desto "edler" ist das Metall. Metalle mit negativem Potenzial bezeichnet man als unedel. Bringt man eine Halbzelle eines unedlen Metalls mit der Standardwasserstoff-Elektrode in Kontakt, fließen die Elektronen von der Halbzelle zur Wasserstoffelektrode. Unedle Metalle reagieren mit verdünnten Säuren unter Wasserstoffentwicklung. Metalle mit positiven Potenzialen nennt man edel. Wird eine Halbzelle eines edlen Elements mit der Standardwasserstoff-Elektrode verbunden, fließen die Elektronen zur Halbzelle des edlen Elements.

Tab.1
oxidierte Formreduzierte FormStandardpotenzial
Na+ + e Na = - 2,71 V
Zn2+ + 2 e Zn = - 0,76 V
Fe2+ + 2 e Fe = - 0,40 V
Sn2+ + 2 e Sn = - 0,14 V
2 H3O+ + 2 e H2 + 2 H2O =  0,00 V
Cu2+ + 2 e Cu = + 0,34 V
Ag+ + e Ag = + 0,80 V
Hg2+ + 2 e Hg = + 0,85 V
O2 + 2 H2O + 4 e 4 OH = + 1,23 V
Au3+ + 3 e Au = + 1,50 V

Von oben nach unten: zunehmend edler Von unten nach oben: zunehmend unedler

Die Standardpotenziale werden bei Standardbedingungen (25 °C, 1,013 bar) bei 1-molaren Lösungen gemessen. Die Redox-Reaktionen werden stets als Reduktionen geschrieben. Wird eine Gleichung umgedreht, ändert sich das Vorzeichen des Potentials.

Die Spannungsreihe erlaubt Voraussagen, welche Redox-Reaktionen spontan (freiwillig) ablaufen können. Die Elektronen fließen stets vom unedleren Element zum edleren, das unedlere Metall wird also oxidiert, das edlere reduziert:Wird elementares Zink zu einer Silbersalzlösung gegeben, wird Zink zu Zn2+ oxidiert, Ag+ zu Silber reduziert. Wird stattdessen zur Silbersalzlösung Gold gegeben, erfolgt keine Reaktion. Gold ist erheblich edler als Silber und wird damit von Ag+ nicht oxidiert.

In die Spannungsreihe können nun auch andere Redox-Systeme eingeordnet werden, beispielsweise:

Cl2+ 2e 2Cl MnO4+ 3e+ 4H+ MnO2+ 2H2O

Auch für diese Vorgänge können Standardpotenziale bestimmt werden.

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