Strom erzwingt eine Reaktion
- Anknüpfung:In der galvanischen Zelle liefert eine freiwillige Redoxreaktion elektrische Energie.
- Elektrolyse:eine Redoxreaktion, die durch eine äußere Gleichspannung erzwungen wird — elektrische Energie wird in chemische Energie umgewandelt.
- Aufbau:zwei Elektroden (oft Graphit), eine Gleichspannungsquelle und ein Elektrolyt mit beweglichen Ionen.
- Elektrolyt:Salzschmelze oder Salzlösung — ein festes Salz leitet nicht, weil seine Ionen im Gitter festsitzen.
- Ionenwanderung:Kationen wandern zum Minuspol, Anionen zum Pluspol; im Elektrolyten tragen Ionen den Strom, im Draht Elektronen.
Schalte die Gleichspannung ein und verfolge, wohin die Zink- und Iodid-Ionen wandern, was an den Graphitelektroden entsteht und wie die Elektronen durch den Draht fließen. Mit „Pause“ hältst du die Simulation an.
Halte fest: Kationen wandern zum Minuspol und werden dort reduziert, Anionen wandern zum Pluspol und werden dort oxidiert. Für jedes abgeschiedene Zinkatom entsteht ein Iodmolekül — beide Vorgänge brauchen bzw. liefern zwei Elektronen.
Elektrolyse: Eine durch äußere Gleichspannung erzwungene Redoxreaktion; elektrische Energie wird in chemische umgewandelt.
Aufbau: Zwei Elektroden, Gleichspannungsquelle und ein Elektrolyt mit beweglichen Ionen (Schmelze oder Lösung); festes Salz leitet nicht.
Ionenwanderung: Kationen wandern zum Minuspol und werden dort reduziert, Anionen zum Pluspol und werden dort oxidiert. Im Elektrolyten tragen Ionen den Strom, im Draht Elektronen.
Was an den Elektroden passiert
- Kathode (−):Ort der Reduktion — \(\ce{Zn^2+ + 2 e- -> Zn}\), graues Zink wächst in feinen Kristallen („Zinkbäumchen“).
- Anode (+):Ort der Oxidation — \(\ce{2 I- -> I2 + 2 e-}\), die Lösung färbt sich braun (\(\ce{I2 + I- -> I3-}\)).
Elektrolyse von Zinkiodid: \(\ce{Zn^2+ + 2 I- -> Zn + I2}\)
Kathode (−): Reduktion: \(\ce{Zn^2+ + 2 e- -> Zn}\).
Anode (+): Oxidation: \(\ce{2 I- -> I2 + 2 e-}\).
Namen: Anode = Oxidation, Kathode = Reduktion gilt immer; bei der Elektrolyse ist die Anode der Pluspol.
Mindestspannung: Die angelegte Spannung muss die Gegenspannung der freiwilligen Rückreaktion (hier 1,30 V) übersteigen.
- Stoffmengen:\(n(\ce{Zn}) = n(\ce{I2})\); je Formelumsatz fließen 2 Elektronen durch den Draht.
- Namen und Pole:Anode = Oxidation, Kathode = Reduktion gilt immer; bei der Elektrolyse ist die Anode aber der Pluspol.
- Umkehrung:Zink und Iod reagieren freiwillig zu Zinkiodid (\(U^\circ = 0{,}54\,\text{V} - (-0{,}76\,\text{V}) = 1{,}30\,\text{V}\)); die Elektrolyse erzwingt die Rückreaktion.
- Mindestspannung:Die angelegte Spannung muss diese Gegenspannung übersteigen.
Allgemeine Hinweise
Anode ist hier Pluspol
Wer „Anode = Minuspol“ aus der galvanischen Zelle auswendig gelernt hat, liegt bei der Elektrolyse falsch. Sicher ist nur: An der Anode wird oxidiert, an der Kathode reduziert.
Keine Elektronen in der Lösung
Elektronen fließen nur im Draht und in den Elektroden. In der Lösung wird die Ladung ausschließlich von wandernden Ionen transportiert.
In drei Schritten
Erst alle Ionen im Elektrolyten auflisten, dann ihre Wanderungsrichtung festlegen, zuletzt die Elektrodenreaktionen formulieren und die Elektronen ausgleichen.