Elektrolytzellen

Elektrochemische Reaktionen sind für viele Prozesse in der Technik und im menschlichen Körper von entscheidender Bedeutung und beinhalten die Übertragung von Elektronen von einer chemischen Spezies auf eine andere. Diese Reaktionen werden als Reduktions-Oxidationsreaktionen oder Redoxreaktionen bezeichnet.

Wenn eine Spezies Elektronen verliert, oxidiert sie, und wir sagen, dass sie oxidiert ist. Wenn eine Spezies Elektronen gewinnt, hat sie eine Reduktion erfahren, und wir sagen, dass sie reduziert wird. In einer elektrochemischen galvanischen Zelle kommt es spontan zu Redoxreaktionen, die elektrische Energie erzeugen. In einer Elektrolysezelle wird jedoch elektrische Energie zugeführt, die die Redoxreaktionen hervorruft.

Eine Elektrolysezelle besteht aus der Reaktionslösung, dem sogenannten Elektrolyten, der alle chemischen Spezies enthält, die oxidiert oder reduziert werden, sowie Ionen, die zum Ermöglichen des Elektronenflusses benötigt werden. Die Elektrolysezelle besteht aus zwei Metallelektroden, die in die elektrolytische Lösung eingetaucht sind. Eine externe Schaltung verbindet die beiden Elektroden, die den Stromkreis vervollständigt und es uns ermöglicht, Spannung oder Strom anzulegen.

Der angelegte Strom oder die angelegte Spannung ist das, was die elektrochemische Reaktion bewirkt. Die Oxidationshalbreaktion findet an der Anode statt, die Reduktionshalbreaktion an der Kathode. Um Ihnen bei der Unterscheidung zu helfen, denken Sie an den Ausdruck "rote Katze", der für "Reduktion an der Kathode" steht.

Aber wie bestimmen wir, welche Elektrode welche ist? Wir können das Standardreduktionspotential der Metallelektroden verwenden, das ein Maß für die Tendenz des Metalls ist, Elektronen zu verlieren. Je höher das Reduktionspotenzial, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Metall reduziert wird.

Nehmen wir an, wir platzieren eine Silberelektrode und eine Kupferelektrode in einer Elektrolysezelle und legen Strom an. Die Silberelektrode hat ein höheres Reduktionspotential, ist also reduziert und fungiert als Kathode. Die Kupferelektrode hat ein geringeres Reduktionspotential, wird also oxidiert und fungiert als Anode.

Eine Verwendung von Elektrolysezellen ist die Galvanik, eine Reaktion, bei der ein Metall oxidiert und dann auf die Oberfläche eines anderen Metalls reduziert wird. Da die Anode das Metall ist, das die Beschichtung übernimmt, ist die Silberelektrode in unserem Beispiel von Silber und Kupfer mit einer dünnen Schicht Kupfer überzogen.

In diesem Labor baust du eine Elektrolysezelle zusammen und führst den Galvanisierungsprozess durch, indem du einen Messingschlüssel mit Kupfer plattierst.