die cd-rom periodensystem oberstufe ist unter der isbn 978-3-12-756862-2 auch als schullizenz erhältlich bei verlust oder beschädigung der cd-rom zum schülerbuch elemente chemie oberstufe nrw können sie den inhalt über einen vom kundenservice erhältlichen link herunterladen ernst klett verlag gmbh kundenservice postfach 70022 stuttgart telefon montag bis samstag uhr e-mail kundenservice@klett.de internet www.klett.de

hinweise zur benutzung elemente chemie ist ein lernund arbeitsbuch es dient sowohl der unterrichtlichen arbeit als auch dem nachbereiten und wiederholen von lerneinheiten das buch kann jedoch den unterricht nicht ersetzen das erleben von experimenten und die eigene auseinandersetzung mit deren ergebnissen sind unerlässlich wissen muss erarbeitet kompetenzen müssen erworben werden eine geeignete aufbereitung soll den umgang mit dem buch erleichtern zu diesem zwecke sind verschiedene seitentypen symbole und kennzeichnungen verwendet worden die überall im buch die gleiche bedeutung haben einstieg ins thema mit bildern dargestellte phänomene ermöglichen einen motivierenden einstieg in die inhaltsfelder der chemie kurze einführungstexte stellen einen alltagsbezug her und bieten einen ersten gesprächsanlass auf einer nachfolgenden doppelseite werden alltagsrelevante fragen aufgeworfen sie fordern dazu auf sich mit den inhalten intensiver auseinanderzusetzen die beantwortung dieser fragen ist oft erst nach der erarbeitung der fachwissenschaftlichen aspekte im lichte der neu gewonnenen erkenntnisse möglich praktikum angebote mit denen die im kernlehrplan geforderten experimentellen untersuchungen umsetzbar sind und in denen kontexte aus der lebenswelt der schülerinnen und schüler angesprochen werden die ausführlich beschriebenen experimente können von den schülerinnen und schülern eigenständig durchgeführt werden exkurs zu den themen des lehrplans passende aber teilweise darüber hinausgehende interessante inhalte dabei wird der blickwinkel der chemie erweitert zur technik fächerverbindende inhalte vorschläge für besondere unterrichtsmethoden vertiefung von fachmethoden durchblick zusammenfassung und übung zum raschen nachschlagen werden die wichtigsten lerninhalte und fachbegriffe kurz erläutert aufgaben unterschiedlicher schwierigkeit dienen zur überprüfung der in einem kapitel erlernten konzeptbezogenen fachwissenschaftlichen kompetenzen basisseiten sachlogisch und übersichtlich strukturierte lernund informationsseiten welche einen sicheren erwerb der im kernlehrplan geforderten kompetenzen ermöglichen arbeitsteil aufgaben und versuche einige substanzen mit denen im chemieunterricht umgegangen wird sind als gefahrstoffe eingestuft die bedeutung der gefahrensymbole ist im anhang dargestellt das tragen einer schutzbrille beim experimentieren ist unerlässlich weitere notwendige schutzmaßnahmen sind beim versuch vermerkt die versuchsanleitungen sind nach schülerund lehrerversuch unterschieden und enthalten in besonderen fällen hinweise auf mögliche gefahren v1 schülerversuch die allgemeinen hinweise zur vermeidung von unfällen beim experimentieren müssen bekannt sein insbesondere ist immer eine schutzbrille zu tragen auch schülerversuche sind nur auf anweisung des lehrers auszuführen v1 lehrerversuch gefahrensymbol bei versuchen die mit diesem zeichen versehen sind müssen vom lehrer besondere vorsichtsmaßnahmen getroffen werden a1 aufgabe bei den aufgaben auf den durchblick-seiten und im kapitel basiskonzepte sind die anforderungsbereiche gekennzeichnet anforderungsbereich anforderungsbereich ii anforderungsbereich iii b1 verweis auf bild versuch oder aufgabe innerhalb eines unterkapitels die nummerierung der aufgaben versuche und bilder erfolgt unterkapitelweise fettdruck schwarz im text wichtiger neuer begriff texthinterlegung ergebnis vorangegangener überlegungen definition kurz merksatz zu den bildern auf dem umschlag hinter dem sprudeln der tabletten steckt eine säure-base-reaktion kap hydrogen carbo nationen werden von einer säure z.b citronensäure protoniert das reaktionsprodukt kohlensäure zerfällt zu kohlenstoffdioxid und wasser brause tabletten sind eine darreichungsform von medikamenten acetylsalicylsäure kap 9.11 die korrosion und ihre vermeidung ist ein wichtiges thema der elektro chemie kap 7.23 die zerknitterten folien sind hauchdünn 0,000 mm es handelt sich um eine raster elektronenmikroskopische aufnahme von graphen kap auf den jeweiligen seiten des kapiteleinstiegs finden sie online-codes diese führen sie zu weiteren informationen und materialien im internet geben sie den code einfach in das suchfeld auf www.klett.de ein der folgende online-code führt zur startseite online-code qx2d9r

für die einführungsphase und qualifikationsphase der gymnasialen oberstufe in nordrhein-westfalen neubearbeitung von paul gietz peter nelle carsten penz werner schierle michael sternberg ernst klett verlag stuttgart leipzig elemente chemie oberstufe gesamtband

hinweise zu den versuchen vor der durchführung eines versuchs müssen mögliche gefah renquellen besprochen werden die geltenden richtlinien zur vermeidung von unfällen beim experimentieren sind zu beachten da experimentieren grundsätzlich umsichtig erfolgen muss wird auf die üblichen verhaltensregeln und die regeln für sicherheit und gesundheitsschutz beim umgang mit gefahrstoffen im unterricht nicht bei jedem versuch gesondert hingewiesen beim experimentieren muss immer eine schutz brille getragen werden auflage 2019 alle drucke dieser auflage sind unverändert und können im unterricht nebeneinander verwendet werden die letzte zahl bezeichnet das jahr des druckes das werk und seine teile sind urheberrechtlich geschützt jede nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen fällen bedarf der vorherigen schrift lichen einwilligung des verlages hinweis zu urhg weder das werk noch seine teile dürfen ohne eine solche einwilligung eingescannt und in ein netzwerk eingestellt werden dies gilt auch für intranets von schulen und sonstigen bildungseinrichtungen fotomechanische wiedergabe nur mit genehmigung des verlages auf verschiedenen seiten dieses bandes befinden sich verweise links auf internet-adressen haftungshinweis trotz sorgfältiger inhaltlicher kontrolle wird die haftung für die inhalte der externen seiten ausgeschlossen für den inhalt dieser externen seiten sind ausschließlich die betreiber verantwortlich sollten sie daher auf kostenpflichtige illegale oder anstößige inhalte treffen so bedauern wir dies ausdrücklich und bitten sie uns umgehend per e-mail davon in kenntnis zu setzen damit beim nachdruck der verweis gelöscht wird ernst klett verlag gmbh stuttgart 2015 alle rechte vorbehalten www.klett.de autoren paul gietz peter nelle dr carsten penz prof dr werner schierle michael sternberg bei der erstellung dieses unterrichtswerkes wurde auch auf andere titel der reihe elemente chemie zurückgegriffen deren autorinnen und autoren sind edgar brückl prof werner eisner paul gietz marianne glaser heike große dr erhard irmer axel justus rolf kleinhenn prof dr klaus laitenberger klaus liebenow dr martina mihlan hildegard nickolay reinhard peppmeier dr christian preitschaft horst schaschke prof dr werner schierle bärbel schmidt andrea schuck dr rainer stein-bastuck michael sternberg dr jutta töhl-borsdorf peter zehentmeier thorsten zippel redaktionelle mitarbeit dr thomas bitter redaktion alfred tompert mediengestaltung stefanie mayer dtp/formelsatz elfriede könig umschlaggestaltung susanne hamatzek martin raubenheimer grafiken conrad höllerer stuttgart alfred marzell schwäbisch gmünd matthias balonier lützelbach karin mall berlin otto nehren achern normaldesign schwäbisch gmünd prof jürgen wirth visuelle kommunikation dreieich grundkonzeption des layouts komaamok stuttgart reproduktion meyle müller medien-management pforzheim druck firmengruppe appl aprinta druck wemding printed in germany isbn 978-3-12-756880-6

inhaltsverzeichnis rückblick struktur der materie rückblick chemische reaktion rückblick energie rückblick aufgaben einführungsphase kapitel kohlenstoff und kohlenwasserstoffe kohlenstoff ein vielseitiges element das element kohlenstoff riesenmoleküle aus kohlenstoffatomen neue materialien aus kohlenstoff exkurs nanopartikel sind weit verbreitet praktikum nanochemie kohlenwasserstoffe methan struktur und eigenschaften die alkane eine homologe reihe eigenschaften der alkane lernzirkel alkane 1.10 ethen ein alken 1.11 exkurs die vielfalt der kohlenwasserstoffe 1.12 durchblick zusammenfassung und übung organische stoffe in natur und technik vom alkohol zum aromastoff alkohole die herstellung von alkohol praktikum alkoholische gärung der aufbau des ethanolmoleküls die homologe reihe der alkanole eigenschaften und verwendung von alkanolen exkurs mehrwertige alkohole exkurs herstellung von alkoholen in der technik lernzirkel alkohole 2.10 alkoholgenuss alkoholmissbrauch 2.11 alkohol im blut und gaschromatografie 2.12 exkurs wichtige ether mtbe und etbe aldehyde ketone und carbonsäuren 2.13 oxidationszahlen und redoxgleichungen 2.14 oxidation von alkoholen 2.15 praktikum gewinnung eines aromastoffes 2.16 aldehyde ketone und carbonsäuren im überblick 2.17 wichtige aldehyde und ketone 2.18 exkurs die vielfalt der kohlenhydrate 2.19 vom alkohol zum katerfrühstück 2.20 essig und essigsäure 2.21 praktikum essig im alltag 2.22 die homologe reihe der alkansäuren 2.23 alkansäuren in der natur und im alltag 2.24 exkurs ungesättigte fettsäuren 2.25 exkurs carbonsäuren in der natur 2.26 exkurs carbonsäuren als lebensmittel zusatzstoffe 2.27 praktikum organische säuren in lebensmitteln 2.28 exkurs gewinnung von citronensäure 2.29 veresterung und esterspaltung 2.30 praktikum die vielfalt der ester 2.31 verwendung der ester 2.32 aromastoffe im überblick 2.33 exkurs aufbau und zusammensetzung der fette 2.34 exkurs bedeutung der fette 2.35 exkurs eigenschaften der fette 2.36 durchblick zusammenfassung und übung reaktionsgeschwindigkeit und chemisches gleichgewicht geschwindigkeit und gleichgewicht reaktionsgeschwindigkeit die geschwindigkeit von reaktionen exkurs airbag praktikum geschwindigkeit von reaktionen reaktionsgeschwindigkeit und konzentration reaktionsgeschwindigkeit und zerteilungsgrad energieverlauf beim wechseln eines bindungspartners reaktionsgeschwindigkeit und temperatur praktikum temperatur und katalysator 3.10 katalyse 3.11 exkurs autoabgaskatalysator 3.12 exkurs biokatalysatoren chemisches gleichgewicht 3.13 chemische reaktion und gleichgewichts einstellung 3.14 praktikum umkehrbarkeit und gleichgewicht 3.15 praktikum gleichgewichtseinstellung im modell 3.16 beeinflussung des chemischen gleichgewichts 3.17 exkurs fließgleichgewichte 3.18 die ammoniaksynthese 3.19 exkurs fritz haber 3.20 das massenwirkungsgesetz 3.21 exkurs aggregatzustände und gleichgewichte 3.22 das mwg im www 3.23 durchblick zusammenfassung und übung kohlenstoffkreislauf und klima kohlenstoffkreislauf der kreislauf des kohlenstoffs kohlenstoffoxide und kohlensäure carbonate und hydrogencarbonate rund um den kalk praktikum kalk und wasserhärte der kohlenstoffkreislauf praktikum versuche mit co co und die versauerung der meere atmosphäre und klima atmosphäre und klima 4.10 erdatmosphäre und treibhauseffekt 4.11 exkurs landwirtschaft und böden als klimafaktoren 4.12 erneuerbare energiequellen 4.13 speicherung eine lösung des co -problems 4.14 durchblick zusammenfassung und übung

inhaltsverzeichnis mineralsalze düngung boden mineralsalze in der landwirtschaft pflanzenwachstum und düngung sulfate salze der schwefelsäure salpetersäure und nitrate der kreislauf des stickstoffs phosphorsäure und phosphate der phosphorkreislauf mineraldünger praktikum mineraldünger 5.10 belastung der umwelt durch nitrate und phosphate 5.11 untersuchung eines bodens 5.12 praktikum untersuchung eines bodens 5.13 durchblick zusammenfassung und übung qualifikationsphase kapitel säure-base-reaktionen und analytische verfahren säuren und basen im alltag und im labor die entwicklung des säure-base-begriffs die säure-base-theorie nach brønsted die neutralisationswärme praktikum neutralisation und wärme autoprotolyse des wassers und ph-wert die stärke von säuren und basen protolysen in salzlösungen ph-werte von säurelösungen 6.10 ph-werte von basenlösungen 6.11 exkurs puffersysteme 6.12 praktikum titration mit endpunktsbestimmung 6.13 ph-metrische titrationen 6.14 halbtitration 6.15 titration und indikator 6.16 leitfähigkeitstitration 6.17 praktikum säuren und basen in produkten des alltags 6.18 titrationen im vergleich 6.19 konzentrationsberechnungen 6.20 durchblick zusammenfassung und übung elektrochemie mobile energiequellen oxidation und reduktion oxidationszahlen redoxgleichungen praktikum redoxtitrationen die redoxreihe galvanische elemente die elektrochemische spannungsreihe ionenkonzentration und spannung 7.10 die nernst-gleichung 7.11 exkurs bestimmung extrem kleiner konzentrationen 7.12 berechnen einer potentialdifferenz 7.13 elektrolysen in wässrigen lösungen 7.14 quantitative betrachtung der elektrolyse 7.15 gewinnung von zink 7.16 gewinnung von aluminium 7.17 batterien 7.18 praktikum primärelemente 7.19 akkumulatoren 7.20 brennstoffzellen 7.21 energiespeicherung 7.22 praktikum brennstoffzellen 7.23 korrosion und korrosionsschutz 7.24 praktikum korrosion und korrosionsschutz 7.25 durchblick zusammenfassung und übung organische verbindungen und ihre reaktionswege erdöl grundlage für chemische produkte gewinnung von kohlenwasserstoffen aus erdöl kraftfahrzeugbenzin herstellung und veredelung molekülstrukturen am computer halogenierung der alkane exkurs radikalische substitution aus halogenalkanen entstehen alkohole -reaktionen exkurs alkohole können salze bilden esterbildung und esterspaltung 8.10 exkurs biodiesel 8.11 exkurs technische herstellung von essigsäure 8.12 vom alkohol zum alken eliminierungsreaktionen 8.13 reaktionen der alkene elektrophile addition 8.14 vom c4-schnitt zur organisch-chemischen synthese 8.15 durchblick zusammenfassung und übung aromaten aromaten und arzneimittel erforschung des benzols bindungsverhältnisse im benzolmolekül mesomerie und aromatizität exkurs das benzolmolekül im orbitalmodell halogenierung von benzol reaktionsmechanismen im vergleich benzolderivate zweitsubstitution an aromaten 9.10 ass ein jahrhundertarzneimittel 9.11 praktikum acetylsalicylsäure 9.12 dünnschichtchromatografie 9.13 exkurs wirkungsweise von schmerzmitteln 9.14 aromaten im alltag 9.15 durchblick zusammenfassung und übung kunststoffe 10.1 kunststoffe werkstoffe nach maß 10.2 eigenschaften und struktur der kunststoffe 10.3 kunststoffe durch polymerisation 10.4 copolymere 10.5 kunststoffe durch polykondensation 10.6 kunststoffe durch polyaddition 10.7 exkurs verarbeitung von kunststoffen 10.8 kunststoffe im alltag das gelb hinterlegte kapitel finden sie in dieser demo-version des digitalen unterrichtsassistenten

inhaltsverzeichnis tenside 13.1 verseifung von fetten 13.2 seifen als waschaktive stoffe 13.3 der waschvorgang 13.4 nachteile von seifen 13.5 tenside als waschaktive stoffe 13.6 inhaltsstoffe von waschmitteln 13.7 seifenblasen 13.8 durchblick zusammenfassung und übung komplexverbindungen 14.1 das phänomen der komplexverbindungen 14.2 komplexe struktur und bindung 14.3 gleichgewichtsreaktionen der komplexverbindungen 14.4 praktikum komplexreaktionen 14.5 komplexverbindungen in labor und technik 14.6 komplexverbindungen in der natur 14.7 durchblick zusammenfassung und übung basiskonzepte struktur-eigenschafts-konzept gleichgewichtskonzept donator-akzeptor-konzept energiekonzept anhang zwischenmolekulare kräfte und chemische bindung zwischenmolekulare kräfte der räumliche bau von molekülen orbitalmodell elektronen als stehende wellen orbitalmodell atomorbitale orbitalmodell molekülorbitale und hybridisierung analytik und spektroskopie qualitative analysemethoden überblick massenspektrometrie infrarotspektroskopie nmr-spektroskopie röntgenstrukturanalyse chemikalien sicherheit und entsorgung der umgang mit chemikalien entsorgung von chemikalienabfällen gefahrenund sicherheitshinweise hund p-sätze chemisches rechnen größen und größengleichungen potenzen und logarithmen übersichten und tabellen formeln reaktionsgleichungen funktionelle gruppen isomeriearten eine übersicht tabellen stichwortverzeichnis bildquellenverzeichnis periodensystem der elemente 10.9 exkurs verwertung von kunststoffabfall 10.10 exkurs silikone 10.11 exkurs carbonfasern 10.12 biologisch abbaubare kunststoffe 10.13 praktikum herstellung von kunststoffen 10.14 durchblick zusammenfassung und übung organische farbstoffe 11.1 farbstoffe und farbigkeit 11.2 licht und farbe 11.3 kolorimetrie und fotometrie 11.4 struktur und farbe 11.5 exkurs farbe entsteht im kopf 11.6 farbstoffklassen 11.7 lebensmittelfarbstoffe 11.8 exkurs färbeverfahren 11.9 praktikum farbstoffe und färben 11.10 exkurs die farbstoff-solarzelle 11.11 durchblick zusammenfassung und übung erweiterung kapitel naturstoffe 12.1 aufbau und eigenschaften der fette 12.2 fette als nährstoffe 12.3 margarine und fetthärtung 12.4 praktikum fette 12.5 spiegelbildisomerie und optische aktivität 12.6 fischer-projektionsformeln 12.7 strukturen der aminosäuren 12.8 der isoelektrische punkt 12.9 trennung von aminosäuren 12.10 aminosäuren im alltag 12.11 peptide und peptidbindung 12.12 struktur von peptiden und proteinen 12.13 eigenschaften und nachweis von proteinen 12.14 denaturierung 12.15 synthese von proteinen aus der nahrung 12.16 bedeutung von proteinen 12.17 klassifizierung der kohlenhydrate 12.18 glucose und fructose 12.19 exkurs zuckerersatzstoffe 12.20 maltose saccharose lactose 12.21 gewinnung von rübenzucker 12.22 exkurs stärkefolien kunststofffolien 12.23 stärke und cellulose 12.24 praktikum kohlenhydrate 12.25 kohlenhydrate und proteine in der küche 12.26 nucleinsäuren vom gen zum protein 12.27 durchblick zusammenfassung und übung

viele chemische reaktionen sind redox reaktionen bei diesem reaktionstyp geben atome elektronen ab die von anderen atomen aufgenommen werden redoxreaktionen kommen in unserem alltag ständig vor wenn etwas verbrennt eine schraube rostet oder eine batterie strom liefert redoxreaktionen liefern die energie für viele elektrische gleichspannungsquellen umgekehrt kann gleichstrom redox reaktionen bewirken die abscheidung von metallen aus salzlösungen oder salzschmelzen auch brennstoffzellen wandeln chemische energie in elektrische energie um diese elektrische energie kann zum antrieb von modellbooten laptops autos usw genutzt werden zum fotografieren mit einer digitalkamera benötigen wir elektrische energie diese wird im akku durch elektro chemische vorgänge ist der akku leer muss er wieder aufgeladen werden dabei laufen die gleichen elektrochemischen vorgänge in umgekehrter richtung ab elektrochemie online-code 5bb3nm

elektrochemie mobile energiequellen kaum jemand möchte auf sein smartphone und seine armbanduhr verzichten notebooks sind leistungsfähige mobil einsetzbare pcs in manchen schulen werden tablet-pcs eingesetzt b1 voraussetzung für den betrieb dieser mobilen geräte sind batterien oder akkumulatoren je nach verwendungszweck haben sie unterschiedliche größen und formen ein blick auf die beschriftungen liefert erste hinweise auf ihre inhaltsstoffe a1 stellen sie eine liste mit technischen geräten aus ihrem haushalt zusammen die auf batterien oder akkumulatoren angewiesen sind geben sie an in welchen zeitlichen abständen die batterien ausgetauscht bzw die akkus aufgeladen werden müssen die ersten batterien ein früher vorläufer der batterien ist die volta-säule die im jahr 1800 von alessandro volta entwickelt wurde ein volta-element besteht aus einem kupferblech und einem zinkblech mit einem elektolytgetränkten pappoder lederstück dazwischen stapelt man mehrere volta-elemente überein ander erhält man eine volta-säule b2 mit volta-säulen wurden im jahrhundert elektrische beleuchtungen und elektroboote betrieben a2 informieren sie sich über weitere historische batterietypen und beschreiben sie diese akkus machen mobil man sitzt auf dem fahrrad und müht sich gerade bei gegenwind eine steigung hinauf da wird man plötzlich von einem pedelec überholt es sieht auf den ersten blick aus wie ein fahrrad aber man erkennt einen kleinen anbau am rahmen b3 dieser enthält einen lithium-ionen-akkumulator zusammen mit einem kleinen nabenmotor unterstützt er den fahrer beim bergauffahren und auch bei radtouren immer wichtiger wird der einsatz von lithiumionen-akkumulatoren auch in der automobilindustrie eine wachsende zahl von herstellern bietet fahrzeuge mit hybridoder reinem elektroantrieb an b4 a3 informieren sie sich über das aktuelle angebot an hybridund elektroautos auf dem markt geben sie die vorund nachteile von hybridund elektroautos im vergleich zu herkömmlichen fahrzeugen mit verbrennungsmotoren an mobile energiequellen b1 tablet-pc im unterricht b2 volta-säule b3 pedelec b4 elektroauto an der ladestation

ungeladen kation geladen minuspol pluspol anion elektrolyt separator doppelschicht elektrode kollektor elektrochemie lithium-ionen-akkumulatoren elektroautos handys und viele weitere geräte werden von lithium-ionen-akkumulatoren mit strom versorgt ein nachteil dieser spannungsquelle ist dass sie brennen kann b5 a4 informieren sie sich über den lithiumionen-akkumulator und geben sie seine vorund nachteile an a5 nennen sie geräte in denen lithiumionen-akkumulatoren eingesetzt werden a6 informieren sie sich über die sicherheit von lithium-ionen-akkumulatoren und beschreiben sie wie sich ein lithium-ionenakkumulator entzünden kann primärund sekundärelemente man unterscheidet im alltäglichen sprachgebrauch batterien und akkumulatoren batterien können nach einmaliger entladung nicht wieder verwendet werden man bezeichnet sie als primärelemente akkumulatoren können wieder aufgeladen werden man bezeichnet sie als sekundärelemente a7 stellen sie in einer tabelle zusammen in welchen geräten hauptsächlich primärelemente und in welchen sekundärelemente zum einsatz kommen a8 informieren sie sich wie viele ladezyklen akkumulatoren durchlaufen können kondensatoren als energiespeicher manche fahrräder haben eine standlichtfunktion b6 beim anhalten leuchtet das vorderund das rücklicht einige minuten ohne dynamo dazu wird die elektrische energie in kondensatoren gespeichert ein einfacher kondensator besteht aus zwei platten die gegeneinander isoliert sind legt man eine gleichspannung an die platten an so laden sie sich entgegengesetzt auf ein plattenkondensator der eine fahrradbeleuchtung versorgen könnte wäre wesentlich größer und schwerer als ein fahrrad daher verwendet man hier doppelschichtkondensatoren superkondensatoren a9 erklären sie das prinzip des plattenkondensators informieren sie sich über den aufbau des doppelschichtkondensators b7 und beschreiben sie seine funktionsweise a10 recherchieren sie weitere einsatzgebiete von kondensatoren als energiespeicher mobile energiequellen b5 bei diesem versuchsfahrzeug wurde vermutlich durch den überhitzten elektromotor ein brand ausgelöst der später auch den akku entzündete b6 fahrrad-rücklicht mit standlichtfunktion das größte bauteil ist ein doppelschichtkondensator b7 prinzip des doppelschichtkondensators

br reduktion elektronenaufnahme reduktion elektronenaufnahme br br br oxidation elektronenabgabe oxidation elektronenabgabe elektrochemie hält man ein brennendes magnesiumband in sauerstoff bzw brom b1 so bildet sich in beiden fällen unter aufleuchten ein weißer feststoff obwohl es sich um unterschiedliche reaktionspartner handelt haben die beiden reaktionen viele gemeinsamkeiten elektronenübergänge die produkte der reaktionen sind die salze magnesiumoxid bzw magnesiumbromid die ähnlichkeit der beiden reaktionen zeigt sich besonders deutlich wenn man sie in teilschritten darstellt mg mg 2+ ii 2– mg mgo mg mg 2+ ii br br mg br mgbr die magnesiumatome wirken als elektronendonatoren die aus und br -molekülen gebildeten sauerstoffund bromatome wirken als elektronenakzeptoren ii die magnesiumatome geben ihre valenz elektronen ab diese werden gleichzeitig von den nichtmetallatomen aufgenommen bei beiden reaktionen entstehen aus den atomen des magnesiums durch abgabe von zwei elektronen zweifach positiv geladene kationen der vorgang der elektronen­abgabe wird oxidation genannt die magnesium atome werden also bei der bildung von magnesiumoxid und magnesiumbromid zu mg 2+ -ionen oxidiert die nichtmetallatome nehmen die elektronen der magnesiumatome auf und werden dadurch zu anionen man nennt den vorgang der elektronenaufnahme reduktion in den vorliegenden fällen werden sauerstoff atome zu oxidionen 2– und bromatome zu bromidionen br reduziert redoxreaktionen in einer chemischen reaktion kann ein teilchen nur dann elektronen abgeben wenn diese von anderen teil chen aufgenommen werden folglich ist eine oxidation immer mit einer reduktion gekoppelt und umgekehrt b2 beide vorgänge laufen als redoxreaktion gleichzeitig ab oxidation ist abgabe von elektronen reduktion ist aufnahme von elektronen reaktionen bei denen elektronenübergänge stattfinden werden als reduktions-oxidations-reaktionen oder kurz redoxreaktionen bezeichnet oxidation und reduktion oxidation von griech./lat oxygenium sauerstoff reduktion von lat reducere zurückführen b2 elektronenübergänge der beiden in b1 gezeigten redoxreaktionen b1 die reaktionen von magnesium mit sauerstoff links und mit brom rechts sind sehr ähnlich

elektrochemie oxidationsmittel und reduktionsmittel ein teilchen atom ion molekül das elektronen aufnimmt als elektronen­akzeptor wirkt oxidiert seinen reaktionspartner man bezeichnet es deshalb als oxidationsmittel entsprechend wird ein teilchen das elektronen abgibt als elektronendonator wirkt als reduktions mittel bezeichnet ein oxidationsmittel wird also selbst reduziert entsprechend wird ein reduktionsmittel oxidiert korrespondierende redoxpaare elektronenabgabe und elektronenaufnahme sind umkehrbare vorgänge ein reduktionsmittel wird durch elektronenabgabe zum korrespondierenden oxidationsmittel fe 2+ fe 3+ v3 ein oxidationsmittel durch elektronenaufnahme zum korrespondierenden reduktionsmittel fe 3+ fe 2+ v4 so ist jedem reduktionsmittel ein ganz bestimmtes ihm zugehöriges korrespondierendes oxidationsmittel zugeordnet und umgekehrt beide bilden ein korrespondierendesredoxpaar an jeder redoxreaktion sind stets zwei korrespondierende redoxpaare beteiligt bei der reaktion von fe 2+ mit ag -ionen die redoxpaare fe 2+ /fe 3+ und ag/ag v3b damit gilt für redoxreaktionen ein allgemeines schema oxidation und reduktion b4 kupfer reagiert mit brom in wasser b5 eisen reagiert mit sauerstoff b6 eisen reagiert mit chlor b3 korrespondierende redoxpaare beispiele das symbol steht für die anzahl der übertragenen elektronen red ox kurz red/ox ag ag kurz ag/ag cu cu 2+ kurz cu/cu 2+ cl cl kurz cl /cl 2– kurz 2– /o korrespondierend red2 ox2 red1 korrespondierend ox1 v1 abzug in einen glaszylinder dessen boden mit sand bedeckt ist werden einige tropfen brom gegeben in den mit bromdampf gefüllten standzylinder wird ein bren nendes stück magnesiumband gehalten v2 abzug in einem reagenzglas wird bromwasser zu etwas kupferpulver gegeben und geschüttelt v3 oxidation von fe 2+ -ionen abzug in eine lösung von eisen(ii)sulfat leitet man chlor ein zu einer eisen(ii)-sulfat-lösung gibt man eine lösung von silbernitrat und erwärmt vorsichtig v4 reduktion von fe 3+ -ionen geben sie zinkpulver zu einer lösung von eisen(iii)-chlorid und schütteln sie versetzen sie eine eisen(iii)-chloridlösung mit einer lösung von kaliumiodid zeigen sie durch nachweisreaktionen dass fe 3+ -ionen zu fe 2+ -ionen reduziert werden und und iod gebildet wird hinweis fe 3+ -ionen kann man mit einer lösung von kaliumthiocyanat kscn nachweisen rotfärbung fe 2+ -ionen mit einer lösung von kalium-hexacyanidoferrat(iii fe(cn blau färbung iod lässt sich mit stärkelösung nachweisen blaufärbung a1 kupfer reagiert mit schwefel zu kupfer(i)sulfid kennzeichnen sie wie in b2 die elektronenübergänge nennen sie die gemeinsamkeit dieser reaktion zur reaktion von kupfer mit sauerstoff a2 eisen reagiert mit sauerstoff zu eisen(iii)oxid und mit chlor zu eisen(iii)-chlorid b5 b6 formulieren sie für beide fälle die teilgleichungen für die oxidationen und reduktionen geben sie jeweils die korrespondierenden redoxpaare an und ordnen sie deren partnern die begriffe reduktionsmittel bzw oxidationsmittel zu a3 formulieren sie die teilgleichungen für die oxidationen und reduktionen sowie die gesamtgleichungen für die redoxreaktionen die in den versuchen v2 v3 und v4 ablaufen geben sie jeweils die korrespondierenden redoxpaare an korrespondierend von mlat correspondere in beziehung stehen mlat mittellateinisch form der lateinischen sprache des europäischen mittel alters

elektrochemie oxidationszahlen in kapitel 2.13 haben sie die oxidationszahlen kennengelernt da redoxreaktionen die grundlage der elektrochemie sind soll hier der umgang mit oxidationszahlen vertieft werden oxidationszahlen und redoxreaktionen an redoxreaktionen können atome moleküle und ionen beteiligt sein bei redoxreaktionen werden elektronen über tragen sie gehören zu den donator-akzeptor-reaktionen in kapitel wurde als beispiel die reaktion von magnesium mit brom behandelt mg br mgbr die ausgangsstoffe sind hier atome und moleküle elementarer stoffe die atome elementarer stoffe erhalten die oxidationszahl null das reaktionsprodukt magnesiumbromid besteht aus ionen bei atomionen entspricht die oxidationszahl der ionenladung die mg-atome werden zu mg 2+ -ionen oxidiert ihre oxidationszahl wird von auf ii erhöht die br -moleküle werden zu br -ionen reduziert die oxidationszahl der br-atome wird von auf –i erniedrigt damit ergibt sich ii –i mg br mgbr redoxreaktionen lassen sich durch die erhöhung und erniedrigung der oxidationszahlen erkennen und beschreiben die ermittlung von oxidationszahlen ist in kapitel 2.13 beschrieben man geht nach den in b1 gezeigten regeln vor wobei die weiter oben stehenden regeln vorrang haben b2 oft geht man von den oxidationszahlen des sauerstoffatoms meistens –ii und des wasserstoffatoms meistens aus die summe der oxidationszahlen aller atome muss bei molekülen null ergeben auch bei molekülionen so 2– setzt man zunächst die bekannten oxidationszahlen ein und ermittelt dann die oxidationszahlen der weiteren atome dabei ist zu beachten dass die summe der oxidationszahlen die ionenladung des molekülions ergibt b3 zeigt einige beispiele man sieht dass viele elemente außer der oxidationszahl im elementaren stoff mehrere weitere oxidationszahlen annehmen können die atome vieler elemente können mehrere unterschiedliche oxidationszahlen annehmen b1 regeln zur ermittlung von oxidationszahlen oz in verbindungen die summe der oxidationszahlen aller atome ist bei molekülen null bei molekülionen entspricht sie der ionenladung ein metallatom hat immer eine positive oxidationszahl das fluoratom hat immer die oxidationszahl –i das wasserstoffatom hat meistens die oxidationszahl das sauerstoffatom hat meistens die oxidationszahl –ii b2 beispiel zur ermittlung von oxidationszahlen ermittlung der oxidationszahlen im so -molekül im molekül sind enthalten wasserstoffatome oz(h regel sauerstoffatome oz(o –ii regel schwefelatom dessen oz berechnet werden muss dazu geht man folgendermaßen vor oz(h oz(s oz(o regel oz(s –2 oz(h oz(o –2 –ii vi vi –ii so a1 geben sie die oxidationszahlen der stickstoffatome in den folgenden teilchen an no no no no nh a2 entscheiden sie jeweils ob eine redoxoder säure-base-reaktion vorliegt cu so cuso so caco hcl cacl co zn hcl zncl b3 beispiele für oxidationszahlen ii –ii iv –ii –iv –ii –ii iv –ii iv –ii vi –ii vi –ii 2– vii –ii iv –ii ii vi –ii mn mn mn donator-akzeptor-reaktion siehe basiskonzepte

elektrochemie redoxgleichungen bei der oxidation eines atoms erhöht sich seine oxidationszahl bei der reduktion erniedrigt sich seine oxidationszahl wenn sich bei einer chemischen reaktion oxidationszahlen ändern liegt also eine redoxreaktion vor die reaktionsgleichung einer redoxreaktion nennt man auch redoxgleichung aufstellen einer redoxgleichung viele redoxgleichungen kann man ohne weitere überlegungen aufstellen die reaktion von magnesium mit brom kap in komplizierteren fällen sind aber die oxidationszahlen sehr hilfreich dann ist die folgende vorgehensweise zu empfehlen b1 schreiben sie die teilchenformeln der aus gangsund endstoffe bestimmen sie die oxidationszahlen oz ordnen sie die begriffe oxidation erhöhung der oz und reduktion erniedrigung der oz dem entsprechenden vorgang zu schreiben sie die teilgleichungen schreiben sie das jeweilige redoxpaar mit oxidationszahlen gleichen sie die änderung der oxidationszahl durch elektronen aus beachten sie dabei die anzahl der teilchen gleichen sie die anzahl der elementar ladun gen aus durch eine entsprechende anzahl von -ionen in saurer lösung bzw oh -ionen in alkalischer lösung gleichen sie die atombilanzen durch eine entsprechende anzahl von o-molekülen aus schreiben sie die redoxgleichung multiplizieren sie die teilgleichungen ggf mit faktoren sodass die anzahlen der abgegebenen und aufgenommenen elektronen gleich sind verwenden sie die kleinstmöglichen ganzzahligen faktoren addieren sie die teilgleichungen zur redoxgleichung b1 aufstellen der redoxgleichung zu v1 b2 bildung von braunstein mno v2 v1 zu kaliumpermanganatlösung kmno gibt man verdünnte schwefelsäure und dann natriumsulfitlösung na so v2 verdünnte kaliumpermanganatlösung wird mit etwas natronlauge und dann mit wasserstoffperoxidlösung versetzt b2 a1 vervollständigen sie die folgenden redoxgleichungen für reaktionen in saurer wässriger lösung so 2− mno so 2− mn 2+ hcooh mno co mn 2+ ch oh cr 2− hcho cr 3+ fe 2+ cr 2− cr 3+ fe 3+ ammoniumchloridlösung reagiert mit natriumnitritlösung es entsteht stickstoff a2 vervollständigen sie die folgenden redoxgleichungen für reaktionen in alkalischer wässriger lösung mno mn 2+ mno so 2− mno so 2− mno 2− chlor reagiert mit natronlauge es entstehen chloridund hypochloritionen ocl sulfitionen so 2– reagieren in saurer wässriger lösung mit permanganationen mno zu sulfationen so 2– und mangan(ii)-ionen mn 2+ v1 teilchenformeln mit oxidationszahlen und zuordnung zu oxidation und reduktion iv vii –ii vi ii so 2– mno so 2– mn 2+ teilgleichungen oxidation reduktion iv vi vii ii so 2– so 2– mno mn 2+ so 2– so 2– mno mn 2+ so 2– so 2– mno mn 2+ so 2– so 2– mno mn 2+ redoxgleichung ox so 2– so 2– red mno mn 2+ red ox so 2– mno so 2– mn 2+ oxidation reduktion

elektrochemie redoxreaktionen dienen ähnlich wie säurebase-reaktionen auch zur quantitativen analyse wässriger lösungen permanganometrie permanganationen mno in saurer lösung sind ein starkes oxi dationsmittel eine kaliumpermanganatmaßlösung eignet sich deshalb zur bestimmung von reduktionsmitteln eisen(ii)ionen oder oxalationen 2– die violette permanganat lösung wird beim eintropfen in die probe lösung entfärbt und es entsteht die farblose lösung eines mangan(ii)-salzes mno fe 2+ mn 2+ fe 3+ mno 2– mn 2+ co der äquivalenzpunkt ist erreicht wenn die zugegebene permanganatlösung nicht mehr ganz entfärbt wird und die farbe der probelösung schwach violett bleibt v1 titration einer oxalsäurelösung geräte und chemikalien weithalserlenmeyerkolben ml messpipette ml pipettierhilfe bürette ml am stativ messzylinder ml oxalsäurelösung unbekannte konzentration kaliumpermanganatmaßlösung cmno 0,01 mol/l schwefelsäure durchführung pipettieren sie in einen 250-ml-erlenmeyer kolben ml oxalsäurelösung und fügen sie ca ml schwefelsäure zu titrieren sie die lösung mit kaliumpermanganatmaßlösung bis die lösung schwach violett bleibt notieren sie das volumen der verbrauchten maßlösung aufgabe berechnen sie die stoffmengenkonzentration der oxalsäurelösung in mol/l iodometrie das redoxpaar /i eignet sich zur bestimmung von reduktionsmitteln und oxidationsmitteln reduktionsmittel titriert man mit iod-kaliumiodid-lösung zur bestimmung von oxidationsmitteln setzt man kaliumiodidlösung im überschuss zu und bestimmt dann das gebildete iod zu den iodometrischen verfahren gehört auch die winkler-methode zur sauerstoffbestimmung sauerstoff spielt für das leben im wasser eine wichtige rolle man kann die sauerstoffkonzentration als einen indikator für die gewässergüte auffassen bei der winkler-methode misst man eine gewässerprobe in einer flasche mit definiertem volumen ab der gelöste sauerstoff wird zunächst durch reaktion mit mn 2+ -ionen in alkalischer lösung fixiert dazu setzt man der probe mangan(ii)-chlorid-lösung und alkalische kaliumiodidlösung zu der gelöste sauerstoff oxidiert die mangan(ii)-ionen es entsteht ein schwer löslicher gelbbrauner niederschlag von mangan(iii)-hydroxid-oxid mn 2+ oh mno(oh danach wird das gemisch mit phosphorsäure angesäuert ph das mangan(iii)-hydroxidoxid oxidiert nun iodidionen zu lodmolekülen mno(oh mn 2+ das entstandene iod wird mit einer maßlösung von natriumthiosulfat na titriert dabei werden die iodmoleküle zu iodidionen reduziert und die thiosulfationen zu tetrathionat ionen oxidiert 2– 2– der äquivalenzpunkt ist am verschwinden der gelbbraunen farbe des iods nur schwer zu erkennen die anzeige des äquivalenzpunktes kann durch zusatz von stärkelösung zur probe lösung kurz vor erreichen des äquivalenz punktes verbessert werden da iod schon in geringen konzentrationen mit stärke eine tiefblaue verbindung bildet am äquivalenzpunkt gilt nn2– praktikum redoxtitrationen bestimmung bedeutet in der analytik ermittlung einer konzentration b1 oxalsäure ethandisäure iod-kaliumiodid-lösung da iod in wasser schlecht löslich ist löst man iod in kalium iodid lösung es bilden sich gut lösliche triodidionen

elektrochemie v2 bestimmung von sauerstoff in einer gewässerprobe geräte winklerflasche weithalserlenmeyerkolben ml vollpipetten zwei ml eine ml pipettierhilfe bürette ml am stativ auffangschale tropfpipette glasperlen thermometer magnetrührer hinweis statt der winklerflasche kann man auch eine andere luftdicht verschließbare flasche verwenden polyethylenflasche ca ml genaues volumen durch einfüllen von wasser und abwiegen ermitteln chemikalien mangan(ii)-chlorid in ml dest wasser natriumthiosulfatmaßlösung cna 0,01 mol/l kaliumiodid und natriumhydroxid in ml dest wasser konz phosphorsäure wpo frisch bereitete stärkelösung durchführung füllen sie eine winklerflasche mit der gewässerprobe unter vermeidung von luft blasen bis zum überlaufen und verschließen sie die flasche fest stellen sie die winklerflasche in eine auffangschale und geben sie zu der gewässerprobe nacheinander ml mangan(ii)-chloridlösung und ml kaliumiodid-natriumhydroxidlösung vollpipetten etwa cm tief eintauchen keine luft einblasen geben sie zum besseren durchmischen eine kleine glasperle in die flasche verschließen sie die flasche blasenfrei dabei laufen ml probelösung über vüberlauf ml schütteln sie die flasche geben sie nach dem absetzen des niederschlags ml phosphorsäure in die winklerflasche vollpipette eintauchen und verschließen sie die flasche blasenfrei der überlauf spielt hier keine rolle da der sauerstoff im niederschlag fixiert ist schütteln sie bis sich der niederschlag gelöst hat lassen sie dann die flasche etwa minuten im dunkeln stehen danach füllen sie den flascheninhalt in den erlenmeyerkolben titrieren sie die lösung mit natriumthiosulfatmaßlösung bis zur schwachen gelbfärbung fügen sie dann einige tropfen stärke lösung hinzu und titrieren sie bis zum farbumschlag von blau nach farblos notieren sie das volumen der verbrauchten maßlösung vmaßlösung aufgaben entwickeln sie die redoxgleichungen und mithilfe der teilgleichungen für die oxidation und die reduktion zeigen sie anhand der redoxgleichungen und dass am äquivalenzpunkt gilt nn2– berechnen sie die massenkonzentration des sauerstoffs in der gewässerprobe praktikum redoxtitrationen b3 beispielrechnung beispiel vflasche ml vüberlauf ml vprobelösung ml ml ml c2– cna 0,01 mol/l vmaßlösung ml sauerstoff msauerstoff vprobelösung mit msauerstoff nmund nn2– c2– vmaßlösung ergibt sich durch einsetzen sauerstoff cvmaßlösung mvprobelösung sauerstoff 0,01 mol/l ml 32,0 g/mol ml 0,0076 g/l mg/l b2 winkler-methode zur sauerstoffbestimmung fixierung des gelösten sauerstoffs durch ausfällen von mangan(iii)-hydroxidoxid links bildung von iod nach säurezugabe mitte titration mit natrium thiosulfat und zugabe von stärke lösung kurz vor erreichen des äquivalenzpunktes rechts

elektrochemie bei vielen redoxreaktionen geben metallatome elektronen ab und werden zu kationen die fähigkeit zur elektronenabgabe und somit das reduktionsvermögen ist je nach metall unterschiedlich redoxreihe der metalle taucht man einen eisennagel in eine kupfer(ii)-sulfat-lösung so scheidet sich am nagel kupfer ab und es bilden sich fe 2+ -ionen v1 b1 eisenatome reduzieren cu 2+ -ionen zu kupferatomen oxidation fe fe 2+ reduktion cu 2+ cu redoxreaktion fe cu 2+ fe 2+ cu gibt man umgekehrt ein stück kupferblech in eine eisen(ii)-sulfat-lösung so ist keine reaktion feststellbar kupferatome sind nicht in der lage fe 2+ -ionen zu reduzieren eisenatome geben offensichtlich leichter elektronen ab als kupferatome eisen ist somit ein stärkeres reduktionsmittel als kupfer das cu 2+ -ion ein stärkeres oxidationsmittel als das fe 2+ -ion führt man solche versuche systematisch mit mehreren metallen und salzlösungen durch v2 so kann man anhand der ergebnisse die metalle in einer redoxreihe anordnen die redoxreihe b1 eisennagel in kupfer(ii)-sulfat-lösung links kupferblech in silbernitratlösung rechts ein metallatom kann die ionen des in der redoxreihe unter ihm stehenden metalls re duzieren redoxreihe der nichtmetalle eine redoxreihe kann man auch für redoxpaare des typs nicht metall ion/nichtmetallmolekül aufstellen chlormoleküle können bromidionen und iodid ionen zu brommolekülen bzw iod molekülen oxidieren brommoleküle können ihrerseits iodidionen zu iodmolekülen oxidieren v3 somit muss für die drei redox paare die folgende redoxreihe gelten v1 tauchen sie einen blanken eisennagel in eine kupfer(ii)-sulfat-lösung geben sie eisenpulver in eine verdünnte kupfer(ii)-sulfat-lösung und schütteln sie die erhaltene suspension versetzen sie dann eine probe der lösung mit kaliumhexacyanidoferrat(iii)-lösung fe 2+ -nachweis vgl kap v4 v2 tauchen sie blanke streifen der metalle eisen kupfer silber und zink nacheinander jeweils in eisen(ii)-sulfatkupfer(ii)-sulfatsilber nitratund zinksulfatlösung v3 drei reagenzgläser und werden mit je ml heptan gefüllt abzug man gibt in ml verdünnte kaliumbromidlösung in und je ml verdünnte kaliumiodidlösung zu und gibt man dann je ml chlorwasser und zu ml bromwasser danach werden die reagenzgläser kurz geschüttelt hinweis braunfärbung des heptans zeigt die bildung von brom an violettfärbung die bildung von iod v4 lassen sie auf proben der metalle eisen kupfer silber und zink verdünnte salzsäure einwirken a1 formulieren sie zu den reaktionen der versuche v2 und v3 jeweils die reaktionsgleichungen für die oxidation die reduktion und die gesamte redoxreaktion a2 an welcher stelle der redoxreihe der metalle ist mit den ergebnissen von v4 das redoxpaar /h einzuordnen ionen der nichtmetalle zunehmend starke reduktionsmittel /i br /br cl /cl nichtmetallmoleküle zunehmend starke oxidationsmittel metallatome zunehmend starke reduktionsmittel zn/zn fe/fe cu/cu ag/ag ionen der metalle zunehmend starke oxidationsmittel

diaphragma anode kathode elektromotor zn 2+ aq zn 2+ aq cu 2+ aq so 2– aq zn 2+ zn cu 2+ cu elektrochemie galvanische elemente taucht man ein stück zink in eine kupfer(ii)sulfat-lösung so scheidet sich kupfer am zink ab kap v2 b3 oxidation zn zn 2+ reduktion cu 2+ cu redoxreaktion zn cu 2+ zn 2+ cu der elektronenübergang findet unmittelbar an der zinkoberfläche statt und ist nicht direkt als strom messbar das daniell-element ein galvanisches element wenn die oxidation und die reduktion räum lich getrennt stattfinden kann man den elektronenübergang in form von elektrischem strom nutzbar machen in einem daniellelement taucht ein kupferblech in kupfer(ii)sulfat-lösung und ein zinkblech in zinksulfat lösung die lösungen sind durch ein diaphragma poröse trennwand voneinander getrennt die redoxreaktion beginnt erst wenn man das kupferund das zinkblech über einen leitungsdraht verbindet mit einem daniell-element kann man einen kleinen elektromotor betreiben v1 das diaphragma erlaubt die ionenwanderung zwischen den beiden lösungen verhindert aber eine rasche vermischung durch diffusion durch die ionenwanderung wird der stromkreis geschlossen b2 zeigt die chemischen vorgänge bei stromfluss die elektronen fließen im leitungsdraht vom zink zum kupfer die lösungen bleiben trotzdem elektrisch neutral sulfationen wandern zur zinkelekdaniell-element 1836 von john frederic daniell erfunden anode von griech ana hinauf hodos weg kathode von griech kata herab hodos weg phasengrenze fläche an der sich die chemische zusammensetzung und oder der aggregatzustand sprunghaft ändert zn znso mol // cuso cmol cu trode an der zn 2+ -ionen gebildet werden gleichzeitig wandern zn 2+ -ionen zur kupferelektrode wo cu 2+ -ionen entladen werden ein galvanisches element galvanische zelle macht eine redoxreaktion als spannungsquelle nutzbar in ihm laufen eine oxidation und eine reduktion räumlich getrennt ab ein galvanisches element besteht aus zwei halbelementen halbzellen die durch ein diaphragma getrennt sind in den halbzellen befindet sich eine lösung in der ionen elek trische ladung transportieren können eine elektrolytlösung ein elektronen leiter metall oder graphit der in eine elektrolyt lösung taucht wird als elektrode bezeichnet die elektrode an der teilchen oxidiert werden wird anode genannt die elektrode an der teilchen reduziert werden heißt kathode die anode ist bei einem galvanischen element der minuspol da hier elektronen aus dem element in den leitungsdraht austreten die kathode ist der pluspol ein galvanisches element wie das daniellelement kann durch die folgende schreibweise symbolisiert werden b1 daniell-element im becherglas b2 reaktionen im daniell-element die schrägstriche stehen für phasengrenzen der doppelte schrägstrich kennzeichnet ein diaphragma üblicherweise wird zuerst das halbelement angegeben das den minuspol bildet b3 zinkstab in kupfer(ii)-sulfat-lösung

elektrochemie spannungen galvanischer elemente verbindet man die beiden elektroden des daniellelements über ein spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand bei sehr kleiner stromstärke so misst man zwischen den beiden elektroden eine elektrische gleichspannung von diese leerlaufspannung ist unabhängig von den abmessungen der elektroden v1 eine elektrische spannung ist gleichbedeutend mit einer elektrischen potentialdifferenz exkurs in kap jedem korrespondierenden redoxpaar eines halbelements kann ein elektrisches potential zugeordnet werden das als redoxpotential bezeichnet wird ein redoxpotential kann man jedoch nicht absolut messen sondern nur relativ zu einem anderen redoxpotential exkurs man benötigt also immer ein bezugshalbelement kombiniert man zwei halbelemente zu einem galvanischen element so ist die leerlaufspannung gleich der differenz der beiden redoxpotentiale jedem korrespondierenden redoxpaar kann ein redoxpotential zugeordnet werden die leerlaufspannung eines galvanischen elements ist die differenz zweier redoxpotentiale galvanische elemente v1 in ein becherglas das mit zinksulfatlösung cznso mol/l gefüllt ist taucht ein poröser tonzylinder in dem sich kupfer(ii)sulfat-lösung ccuso mol/l befindet die füllhöhen der lösungen müssen gleich sein in die zinksulfatlösung taucht ein zinkblech in die kupfer(ii)-sulfatlösung ein kupferblech b1 verbinden sie das kupferblech mit dem pluspol das zinkblech mit dem minuspol eines spannungsmessgerätes mit hohem innenwiderstand und bestimmen sie so die leerlaufspannung verändern sie dabei die eintauchtiefe der elektroden verbinden sie die elektroden mit einem kleinen elektromotor verändern sie wieder die eintauchtiefe der elektroden beob achten sie dabei den elektromotor und messen sie gleichzeitig die spannung um die leerlaufspannungen verschiedener galvanischer elemente zu vergleichen misst man sie bei °c um die redoxpotentiale vergleichbar zu machen bestimmt man die sogenannten standardpotentiale kap.7.8 potential von lat potentia macht kraft ergebnis in diesen galvanischen elementen ist zink stets der minuspol silber stets der pluspol wählt man willkürlich das halbelement bzw redoxpaar zn/zn 2+ als nullpunkt einer spannungsskala kann jedem anderen redoxpaar ein redoxpotential gegenüber diesem bezugs­halbelement bzw bezugsredoxpaar zugeordnet werden b4 galvanische elemente und versuchsaufbau die reihenfolge der redoxpaare in dieser spannungsskala ist mit der in der redoxreihe identisch die spannungen der anderen galvanischen elemente können als differenzen dieser redoxpotentiale berechnet werden achtung die so bestimmten redoxpotentiale gelten nur für gleiche elektrolytkonzentrationen mol/l und nur in bezug auf das willkürlich gewählte halb element zn/zn 2+ es handelt sich nicht um die standardpotentiale exkurs messung von redoxpotentialen die in b4 angegebenen galvanischen elemente werden aufgebaut in einem u-rohr mit diaphragma alle elektrolyt lösungen haben die konzentration mol/l bei jedem galvanischen element wird ermittelt welche elektrode der minusbzw pluspol ist die spannung wird ge messen zn/znso //feso /fe zn/znso //cuso /cu zn/znso //agno /ag fe/feso //cuso /cu fe/feso //agno /ag cu/cuso //agno /ag zn/zn 2+ fe/fe 2+ cu/cu 2+ ag/ag 0,35 0,75 0,45 0,35 1,55 in

zink kupfer zn 2+ cu 2+ zn 2+ zn 2+ zn 2+ zn 2+ zn 2+ zn 2+ zn 2+ cu 2+ cu 2+ cu 2+ elektrochemie lösungstension das zustandekommen der spannung eines galvanischen elements von der art des daniell-elements lässt sich anschaulich darstellen b5 jedes metall besitzt die fähigkeit in wässriger lösung ionen zu bilden diese als lösungstension bezeichnete fähigkeit ist von metall zu metall verschieden sie hängt von der energiebilanz bei der bildung hydratisierter metallkationen aus dem metallgitter ab das ausmaß der ionenbildung hängt auch davon ab wie groß die konzentration dieser ionen bereits ist elektrochemische doppelschicht treten aus der metalloberfläche metallionen in die lösung über so bleiben elektronen im metall zurück das sich dadurch negativ auflädt durch die ionenbildung entsteht an der grenze zwischen metall und lösung ein elektrisches feld welches die bildung weiterer ionen be hindert umgekehrt besteht auch die tendenz dass metallkationen durch das elektrische feld wieder zum metall zurückgeführt werden und dort elektronen aufnehmen für jedes metall stellt sich ein charakteristi sches dynamisches gleichgewicht ein das zur bildung einer elektrochemischen­doppelschicht aus ionen und elektronen führt infolge der teilchenbewegung ist die doppelschicht nicht völlig starr sondern diffus mit der elektrochemischen doppelschicht lässt sich erklären wie die spannung beim daniell-element zustande kommt an der kupfer elektrode bilden sich weit weniger galvanische elemente b5 zustandekommen der spannung eines daniellelements b6 lessandro olta führt apoleon seine neu erfundene batterie volta‘sche säule vor lösungstension von lat tendere streben volta-element 1800 von lessandro olta erfunden ionen als an der zinkelektrode auf der kupfer elektrode bleiben somit weniger elek tronen zurück es herrscht dort ein geringerer elektronendruck verbindet man die elektroden durch einen draht miteinander so fließen die elektronen vom ort höheren elektronendrucks zink zum ort niedrigeren elektronendrucks kupfer volta-element beim daniell-element tauchen die beiden metallelektroden in lösungen der entsprechenden metallionen man kann aber auch eine spannung messen wenn zwei verschiedene metalle in dieselbe elektrolytlösung tauchen da die metalle gegenüber der lösung unterschiedliche lösungstensionen haben darauf beruht das volta-element bei dem zink oder zinn und kupfer oder silber in verdünnte schwefelsäure tauchen b6 a1 stellen sie dar welche reaktionen in einem strom liefernden volta-element aus zink und silber ablaufen formulieren sie dazu die teilgleichungen für die oxidation und reduktion a2 heinrich meidinger verbesserte 1859 das daniell-element indem er es durch ein glasgefäß welches mit kupfer(ii)-sulfatkristallen gefüllt war ergänzte begründen sie warum das meidinger-element eine konstante spannung lieferte und für den dauerbetrieb geeignet war

wasserstoff 1013 hpa gaseinleitungsrohr platin platiniert spannungsmessgerät diaphragma halbzelle deren standardpotential gemessen wird salzsäure ph elektrochemie die spannung eines galvanischen elements ist abhängig vom elektrodenmaterial von den verwendeten elektrolytlösungen und deren konzentrationen sowie von der temperatur sind gase an den reaktionen beteiligt so ist die spannung auch vom gasdruck abhängig es ist daher sinnvoll die spannung galva ni scher elemente bei standardbedingungen anzugeben bei °c 1013 hpa und mol/l für alle reaktionsteilnehmer bezugshalbelement nach internationaler übereinkunft nimmt man als bezugshalbelement eine standardwasserstoffelektrode b1 b2 es handelt sich um eine platinelektrode deren ober fläche durch aufgebrachtes fein verteiltes platin stark vergrößert ist diese platinierte platinelektrode taucht bei °c in eine lösung der oxoniumionenkonzentration cmol/l ph und wird von was serstoff unter einem druck von 1013 hpa umspült standardpotentiale der standardwasserstoffelektrode wird definitionsgemäß das standard­potential ezugeordnet die standard potentiale aller anderen halbelemente beziehen sich darauf sie werden mit dem symbol egekennzeichnet und in der einheit volt angegeben standardpotentiale von halb elementen die gegen die standard wasser stoff elektrode den minuspol bilden bekommen ein negatives vorzeichen die elektrochemische spannungsreihe b1 aufbau einer standardwasserstoffelektrode exkurs potential und spannung jede elektrische ladung besitzt ein elektrisches feld über das sie kräfte auf andere ladungen ausübt ein körper mit der elektrischen ladung hat in einem elektrischen feld eine potentielle energie pot diese ist abhängig von seinem ort und seiner ladung um den körper vom ort zum ort zu transportieren ist die arbeit ab erforderlich ab pot,b pot,a dividiert man die potentielle energie durch die ladung erhält man eine größe die unabhängig von der ladung ist das elektrisches potential dividiert man die gesamte obige gleichung durch die ladung erhält man damit ­die elektrische potentialdifferenz bezeichnet man als spannung sie ist gleich dem quotienten aus der arbeit ab und der ladung ­einheit j/c volt joule coulomb hinweis in der elektrochemie wird für das elektrische potential meistens das symbol statt des verwendet standardbedingungen °c 1013 hpa mol/l die hochgestellte null beim symbol bedeutet unter standardbedingungen b2 potentialmessung mit einer standardwasserstoffelektrode

wasserstoff druckgasflasche gaseinleitungsrohr platinelektrode platiniert udiaphragma salzsäure ph kupfer(ii)-sulfat-lösung mol/l kupfer spannungsmessgerät elektrochemie die elektrochemische spannungsreihe die spannung zwischen einem halbelement unter standardbedingungen und der standard wasserstoffelektrode heißt standardredoxpotential kurz standardpotential elektrochemische spannungsreihe verschiedene halb elemente korrespondierende redoxpaare können nach den standardpotentialen in einer reihe angeordnet werden v1 und v2 man erhält so die lektrochemische­spannungsreihe b4 diese beinhaltet die redoxreihen der metalle und der nichtmetalle kap das redoxpaar /h mit dem standard potential ebildet den nullpunkt der spannungsreihe messung des standardpotentials bei vielen halbelementen wie cu/cu 2+ wird die reduzierte form des redoxpaares als elektrode verwendet ist die reduzierte form kein metall benötigt man eine zusätzliche ableitelektrode zur ableitung bzw zuleitung der elektronen meist dient dazu eine platin elektrode die eine geringe chemische angreifbarkeit aufweist inertelektrode bei der standardwasserstoffelektrode zur messung des standardpotentials des redoxpaares cl /cl taucht man eine von chlor 1013 hpa umspülte platinelektrode in eine natriumchloridlösung mol/l zur messung des standardpotentials des redoxpaares fe 2+ /fe 3+ taucht die platinelektrode in eine lösung die fe 2+ und fe 3+ -ionen jeweils in der konzentration mol/l enthält einige standardpotentiale können nicht direkt gegen die standardwasserstoffelektrode gemessen werden zum teil bestimmt man sie mit speziellen verfahren das standardpotential von na/na durch lösen von natrium in quecksilber in einfachen fällen können standardpotentiale auch aus energetischen daten berechnet werden bei /f einen ausschnitt der elektrochemischen spannungsreihe zeigt b4 siehe auch anhang sofern an den reaktionen oxoniumionen bzw hydroxidionen beteiligt sind gelten die standardpotentiale für ph bzw ph mol/l bzw oh mol/l b3 messung des standardpotentials cu/cu 2+ im u-rohr mit diaphragma inertelektrode von lat iners untätig v1 in einem u-rohr mit diaphragma b3 wird die standardwasserstoff elektrode nacheinander mit den halb elementen ag/ag cu/cu 2+ fe/fe 2+ und zn/zn 2+ kombiniert konzentration der kationen jeweils mol/l der wasserstoff wird aus einer druckgas flasche entnommen mit einem spannungsmessgerät hoher innenwiderstand wird jeweils die polung und die spannung des galvanischen elements ermittelt hinweis in einer vereinfachten versuchsanordnung kann der wasserstoff ähnlich wie in v2 durch elektrolyse erzeugt werden v2 in einem u-rohr mit diaphragma wird die standardwasserstoff elektrode mit einem halb element hal /hal /c(graphit kombiniert hal cl br der wasserstoff an der platinelektrode und das halogen an der graphitelektrode werden durch elektrolyse erzeugt kap 7.13 die platinelektrode wird dazu mit dem minuspol die graphit elektrode mit dem pluspol einer gleichspannungsquelle verbunden als halogenidlösung dient natriumchloridkaliumbromidbzw kaliumiodid lösung der konzentration mol/l nach der bestimmung der polung wird die spannung des galvanischen elements gemessen hinweis die graphitelektrode ist wie die platinelektrode eine chemisch inerte ableitelektrode

elektrochemie aussagen aus der spannungsreihe die standardpotentiale charakterisieren das re duktionsbzw oxidationsvermögen von teil chen in wässriger lösung die am oberen ende der spannungsreihe ste henden ­unedlen­metalle sind besonders starke reduktionsmittel sie lassen sich leicht oxidieren das alkalimetall lithium ist das stärkste reduktionsmittel dies ist darauf zurückzuführen dass die überführung von lithiumatomen aus dem festen zustand in hydratisierte ionen am wenigsten energie erfordert die am unteren ende der spannungsreihe stehenden edlen­metalle sind schwer zu oxidieren ihre ionen sind starke oxidationsmittel je negativer das standardpotential umso stärker ist das reduktionsmittel je stärker ein reduktionsmittel ist umso schwächer ist sein korrespondierendes oxida tionsmittel und umgekehrt die elektrochemische spannungsreihe b5 voraussage möglicher redoxreaktionen aus der elektrochemischen spannungsreihe zu den stärksten oxidationsmitteln gehören die halogene also typische nichtmetalle fluor ist das stärkste oxidationsmittel die elektrochemische spannungsreihe er möglicht die voraussage von redoxreak tionen in wässriger lösung b5 dies gilt sowohl für reaktionen bei denen das reduktionsund das oxidationsmittel un mittelbar miteinander reagieren als auch für galvanische elemente unter standardbedingungen gibt das re duktionsmittel des redoxpaares mit dem kleineren negativeren standardpotential elektronen an das oxidationsmittel mit dem größeren positiveren standardpotential ab das in der spannungsreihe höher stehende reduktionsmittel reduziert das tiefer stehende oxidationsmittel bergab-regel beispielb5 unter standardbedingungen kön nen fe 2+ -ionen sowohl chlorals auch brom moleküle zu ihren anionen reduzie ren dabei werden sie zu fe 3+ -ionen oxidiert kap v3 iod moleküle werden von fe 2+ -ionen nicht reduziert b4 ausschnitt aus der elektrochemischen spannungsreihe anhang red ox standardpotential in volt zunahme der stärke des reduktionsmittels li li 3,02 zunahme der stärke des oxidationsmittels na na 2,71 al al 3+ 1,66 zn zn 2+ 0,76 fe fe 2+ 0,41 pb pb 2+ 0,13 cu cu 2+ +0,34 oh +0,40 +0,54 fe 2+ fe 3+ +0,77 ag ag +0,80 br br +1,07 cl cl +1,36 au au 3+ +1,42 mn 2+ mno +1,49 +2,87 bergab-regel als einfache merkhilfe für die voraussage von redoxreaktionen elektronen werden nur bergab vom in der spannungsreihe höher stehenden redoxpaar auf das in der spannungsreihe weiter unten stehende redoxpaar übertragen beispiel werden iodbromund chlormoleküle von eisen(ii)-ionen reduziert ausschnitt aus der spannungsreihe red ox in volt +0,54 fe 2+ fe 3+ +0,77 br br +1,07 cl cl +1,36 redoxreaktionen fe fe reagiert nicht fe br fe br reagiert fe cl fe cl reagiert genau genommen handelt es sich in allen fällen um gleichgewichts reaktionen die gleichgewichtskonstante ist jedoch schon bei kleinen differenzen der standardpotentiale sehr groß das gleichgewicht liegt weit auf der linken bzw rechten seite bergauf bergab

elektrochemie die elektrochemische spannungsreihe a1 skizzieren sie den aufbau eines strom liefernden galvanischen elements mit den redoxpaaren br /br und /h standardbedingungen bezeichnen sie in der skizze plusund minuspol sowie kathode und anode begründen sie für die begriffe kathode und anode ihre zuordnung geben sie eine kurzbezeichnung für das galvanische element an formulieren sie für das strom liefernde element die teilgleichungen für den oxidationsund reduktions vorgang sowie die redoxgleichung gesamtgleichung a2 betrachten sie folgende versuche standardbedingungen zink taucht in eine silbernitratlösung zinn taucht in eine eisen(ii)-sulfatlösung kupfer taucht in eine eisen(iii)-chloridlösung brom wird in eine wässrige lösung von natriumchlorid gegeben schwefelwasserstoff wird in eine wässrige lösung von iod eingeleitet untersuchen sie anhand der elektrochemischen spannungsreihe welche reak tionen ablaufen können und formulieren sie die entsprechenden redoxgleichungen a3 berechnen sie aus der elektrochemischen spannungsreihe die spannungen folgender galvanischer elemente im standardzustand pb/pb 2+ //cu 2+ /cu cd/cd 2+ //br /br /pt pb/pb 2+ //fe 2+ fe 3+ /pt ag/ag //au 3+ /au berechnung der spannung galvanischer elemente aus den standardpotentialen ekann auch die spannung potentialdifferenz ezwischen verschiedenen halbelementen im standardzustand berechnet werden eepluspol eminuspol eekathode eanode die kathode ist stets das halbelement mit dem größeren positiveren standardpotential also das redoxpaar welches weiter­unten in der spannungsreihe steht beispiel galvanisches element cu/cu 2+ //ag /ag cu cu 2+ e+0,34 ag ag e+0,80 cu ag cu 2+ ag eeag/ag ecu/cu 2+ e+0,80 +0,34 0,46 exkurs gehemmte redoxreaktionen standardpotentiale lassen nur voraussagen dar über zu ob eine bestimmte redoxreaktion überhaupt möglich ist beispielsweise sind redoxreaktionen an denen wasserstoffoder sauerstoffmoleküle beteiligt sind häufig in ihrem ablauf gehemmt die reaktionen haben große aktivierungsenergien alle in der spannungsreihe über dem redoxpaar /h stehenden reduktionsmittel müssten aus sauren lösungen ph wasserstoff freisetzen und alle unter dem redoxpaar o/o stehenden oxidationsmittel müssten in alkalischen lösungen ph sauerstoff entwickeln stattdessen ist bei einer reihe unedler metalle die wasserstoffentwicklung gehemmt und nur die stärksten oxidationsmittel fluormoleküle setzen in wässriger lösung sauerstoff frei auch die oxidation von wasserstoff kann gehemmt sein können wasserstoffmoleküle fe 3+ oder mno -ionen in wässriger lösung nicht reduzieren die oxidation eines metalls kann auch durch eine dünne an der oberfläche haftende oxidschicht verhindert werden diese passivierung schützt aluminium chrom titan und zink vor korrosion beim eloxalverfahren­(el ektrolytische ­ox idation von al uminium wird künstlich eine oxidschicht erzeugt b6 b6 eine eloxalschicht lässt sich aufgrund ihrer porigen oberfläche gut färben

0,059 ag silber anode kathode silbernitratlösung 0,01 mol/l silbernitratlösung mol/l ag ag ag ag ag ag ag ag ag ag ag elektrochemie ionenkonzentration und spannung b1 zustandekommen der spannung in einem ag/ag -konzentrationselement und eine spannung ist die differenz beliebiger redoxpotentiale bei ehandelt es sich um eine differenz von standard­redoxpotentialen in kapitel wurde die abhänigkeit der spannung eines galvanischen elements vom elektrodenmaterial und von der elektrolytlösung gezeigt die konzentrationen der elektrolytlösungen betrugen dabei jeweils mol/l konzentrationselemente die spannung ist jedoch auch abhängig von den konzentrationen der elektrolytlösungen um dies zu untersuchen kombiniert man am besten zwei gleichartige halbelemente bei denen nur die konzentrationen der elektrolytlösungen verschieden sind b1 ein solches galvanisches element bezeichnet man als konzentrationselement konzentrationszelle allein aufgrund des konzentrationsunterschieds besteht eine spannung zwischen den halbelementen b1 zeigt das prinzip eines ag/ag -konzentrations elements das zustandekommen der spannung kann man mit der lösungstension kap erklären aus der silberelektrode treten umso mehr ag -ionen in die lösung über je niedriger ihre konzentration in der lösung ist diese elektrode lädt sich stärker negativ auf als die elektrode in der konzentrierteren lösung die elektrode im halbelement mit der niedrigeren ionenkonzentration ist also der minuspol die andere elektrode ist der pluspol verbindet man die elektroden des konzentrationselements durch einen leitungsdraht so werden im halbelement mir der höheren konzentration die ag -ionen zu ag-atomen reduziert kathode im halbelement mit der niedrigeren konzentration werden ag-atome zu ag -ionen oxidiert anode wenn in beiden halbelementen gleiche ionenkonzentrationen erreicht sind endet die reaktion und es fließt kein strom mehr durch den leitungsdraht spannung eines konzentrationselements ändert man die konzentrationen der elektrolytlösungen eines ag/ag -konzentrationselements systematisch v1 so zeigt sich dass die spannung proportional zum logarithmus des konzentrationsverhältnisses ist der proportionalitätsfaktor ist temperaturabhängig bei °c ergibt sich 0,059 lg ag ag eine änderung des konzentrationsverhältnisses um den faktor ergibt also eine spannungszunahme um 0,059 für m/m -konzentrationselemente gilt allge mein metall anzahl der je teilchen übertragenen elektronen 0,059 lg die spannung eines konzentrationselements ist proportional zum logarithmus des konzentrationsverhältniss der ionen der lösungen v1 bauen sie konzentrationselemente mit den folgenden konzentrationen auf ag 0,01 mol/l ag mol/l ag 0,001 mol/l ag mol/l ag 0,001 mol/l ag 0,01 mol/l ag 0,0001 mol/l ag mol/l verwenden sie dazu kleine bechergläser und frisch mit gesättigter kaliumnitratlösung getränkte filterpapierstreifen messen sie mit einem spannungsmessgerät hoher innenwiderstand die spannungen tragen sie in einem diagramm gegen lg[ ag )/ ag auf a1 berechnen sie die vier spannungen die in v1 zu erwarten sind

elektrochemie b2 walther nernst 1864 1941 redoxpaar nernst-gleichung m(s aq metall em/m em/m z+ 0,059 lg c)} cl aq cl ecl /cl ecl /cl 0,059 lg ccl )} ecl /cl 0,059 lg ccl )} fe 2+ aq fe 3+ aq efe 2+ /fe 3+ efe 2+ /fe 3+ 0,059 lg cfe )} cfe )} o(l aq e/h e/h 0,059 lg c)} 0,059 lg c0,059 ph mn 2+ aq o(l mno aq aq emn 2+ /mno emn 2+ /mno 0,059 lg cmno )} c)} cmn )} b1 nernst-gleichung für einige redoxpaare ist der zahlenwert der stoffmengenkonzentration c.­für nicht gelöste feste und gasförmige stoffe bei °c und 1013 hpa und für das lösungsmittel wasser wird eingesetzt standardpotentiale beziehen sich auf halbelemente in denen die ionen konzentrationen der elektrolytlösungen mol/l sind sollen andere elektrolytkonzentrationen berücksichtigt werden wendet man eine gleichung an die auf den physiker und chemiker walther nernst b2 zurückgeht red/ox e­red/ox 0,059 ­lg cox)} cred)} ox oxidierte teilchen red reduzierte teilchen nernst-gleichung und redoxpaar wendet man die nernst-gleichung auf ein metall/ metallionen-halb element an so entsprechen die metallionen den oxidierten teilchen ox und die metallatome den reduzierten teilchen red beispielsweise lautet die nernst-gleichung für ein cu/cu 2+ -halbelement cu/cu 2+ e­cu/cu 2+ 0,059 ­lg ccu )} ccu)} die kupferatome liegen in form einer festen elektrode vor für nicht gelöste feste stoffe wird eingesetzt für das cu/cu 2+ -halbelement vereinfacht sich damit die nernstgleichung cu/cu 2+ e­cu/cu 2+ 0,059 ­lg ccu 2+ )} allgemein gilt m/m e­m/m 0,059 lg cwendet man die nernst-gleichung auf ein nichtmetallionen/nichtmetall-halbelement an ein cl /cl -halbelement so entsprechen die moleküle bzw atome den oxidierten teilchen und die nichtmetallionen den reduzierten teilchen für gasförmige stoffe wird eingesetzt es gilt dann die nernst-gleichung die in b1 aufgeführt ist b1 zeigt einige weitere beispiele ein formaler vergleich mit dem massenwirkungsgesetz kap 3.20 zeigt dass im argument des logarithmus die gleichen quotienten stehen die sich auch bei der anwendung des massenwirkungsgesetzes auf die entsprechenden gleichgewichtsreaktionen ergeben mit der nernst-gleichung lässt sich das potential eines halbelements aus dem standardpotential und den ionenkonzentrationen des halbelements berechnen 7.10 die nernst-gleichung und das zeichen steht für ein beliebiges redoxpotential das zeichen ewird nur für ein standardredoxpotential verwendet mol/l 1013 hpa °c mol/l zahlenwert der stoffmengenkonzentration rechnen mit logarithmen siehe anhang a1 formulieren sie die nernst-gleichung für die folgenden redoxpaare al(s al 3+ aq aq mno oh aq mno aq o(l

elektrochemie die nernst-gleichung berechnungen mit der nernst-gleichung aus den potentialen der halbelemente kann man die spannung potentialdifferenz zwischen verschiedenen halbelementen berechnen b3 pluspol minuspol kathode anode die kathode ist das halbelement mit dem größeren positiveren potential mit der nernst-gleichung kann man nicht nur spannungen galvanischer elemente berechnen umgekehrt ist auch möglich aus der spannung sehr kleine ionenkonzentrationen zu berechnen b4 dies wird zur bestimmung des ph-werts einer lösung genutzt a2 zeichnen sie das galvanische element zn zn 2+ mol/l // cu 2+ 0,01 mol/l cu kennzeichnen sie den minuspol und den plupol die anode und die kathode berechen sie die spannung beschreiben sie was geschieht wenn die elektroden der halbelemente mit einem leitenden draht verbunden werden a3 ein galvanisches element besteht aus zwei pb/pb 2+ -halbelementen mit unterschiedlichen pb 2+ -konzentrationen entscheiden sie jeweils ob die spannung des galvanischen elements größer oder kleiner wird wenn man zur elektrolytlösung mit der geringeren pb 2+ -konzentration die folgenden salze gibt natriumnitrat blei(ii)nitrat natriumsulfat tipp blei(ii)-sulfat ist schwer löslich a4 in einer lösung mit cmn 2+ cmno mol/l werden bromidionen cbr mol/l bei ph zu brommolekülen oxidiert bei ph dagegen nicht erklären sie dies a5 berechnen sie die spannung des galvanischen elements pt ph // oh ph pt die temperatur der lösungen beträgt °c der druck der gase ist 1013 hpa wie ändert sich die spannung beim verdünnen der lösungen begründen sie ihre antwort aufgabe die spannung eines galvanischen elements zn zn 2+ // cu 2+ cu ist 0,80 die konzentration der zink(ii)-ionen ist czn 2+ mol/l berechnen sie die konzentration der kupfer(ii)-ionen ccu 2+ hinweis runden sie die zwischenwerte und ihr ergbenis sinnvoll lösung geg 0,80 czn 2+ mol/l zn/zn 2+ zn/zn 2+ aus tabellen cu/cu 2+ +0,34 zn/zn 2+ –0,76 ges ccu 2+ kathode anode cu/cu 2+ zn/zn 2+ cu/cu 2+ zn/zn 2+ aus der nernst-gleichung folgt cu/cu 2+ cu/cu 2+ 0,059 lg ccu 2+ )} gleichsetzen der gleichungen und ergibt cu/cu 2+ 0,059 lg ccu 2+ )} zn/zn 2+ einsetzen der gegebenen werte in gleichung und runden ergibt 0,34 0,030 lg ccu 2+ )} 0,80 0,76 lg ccu 2+ )} –0,30 0,030 –10 ccu 2+ )} –10 ccu 2+ –10 mol/l b4 berechnen der ionenkonzentration eines halbelements b3 berechnung der spannung eines galvanisches elements aufgabe ein galvanisches element besteht aus einer standardwasserstoffelektrode und einem ag/ag -halbelement bei dem die silberelektrode in eine silbernitratlösung der konzentration cag –3 mol/l taucht pt mol/l // ag 0,001 mol/l ag berechnen sie die spannung dieses galvanischen elements lösung /h /h ag/ag ag/ag 0,059 lg cag )} 0,80 0,059 lg 0,001 0,80 0,059 –3 0,62 0,62 0,62

in ph +1,5 +1,0 +0,5 –0,5 –1,0 cl /cl mn 2+ /mno oh /o cr 3+ /cr 2– o/h koaxialkabel steckkontakt nachfüllöffnung diaphragma feinporiger keramikstift lösung mit konstantem ph-wert pufferlösung bezugselektrode ag/agcl indikatorelektrode ableitelektrode ag/agcl und glasmembran elektrolytlösung der bezugselektrode kcl-lösung elektrochemie die nernst-gleichung ph-wert-messung mit wasserstoffelektroden die abhängigkeit des redoxpotentials der wasserstoffelektrode vom ph-wert lässt sich zur ph-wert-messung ausnutzen dazu misst man die spannung eines konzentrationselements das aus der standardwasserstoffelektrode und einer wasserstoffelektrode mit der probe lösung besteht aus der gemessenen spannung wird der ph-wert berechnet da dies sehr aufwändig ist verwendet man in der praxis andere halb elemente ph-wert-messung mit der einstabmesskette zur praktischen messung von ph-werten wird als indikatorelektrode fast ausschließlich die glaselektrode verwendet ihre wirkungsweise beruht darauf dass sich an einer glasmembran die eine lösung mit konstantem ph-wert pufferlösung von der probelösung trennt ein redoxpotential ausbildet es ist vom ph-wert der probelösung abhängig ähnlich wie bei einem konzentrationselement als bezugselektrode dient häufig die silber/ silberchlorid-elektrode sie besteht aus einem mit silberchlorid überzogenen silberdraht der in eine kaliumchloridlösung genau bekannter konzentration taucht zur ph-wert-messung mit einem ph-meter verwendet man eine einstabmesskette welche die indikatorund die bezugselektrode in einem bauteil vereinigt enthält b5 ein stabmessketten werden so hergestellt dass bei ph die spannung ist die skala des ph-meters ist so kalibriert dass nicht die spannung angezeigt wird sondern der ph-wert ph-abhängigkeit weiterer redoxpotentiale wenn in der reaktionsgleichung eines redoxpaares oder oh -ionen vorkommen ist das redoxpotential ph-abhängig b1 b6 dies bedeutet dass permanganationen mno in stark saurer lösung stärker oxidierend wirken als in schwach saurer lösung in einer lösung die mno und cl -ionen enthält werden die cl -ionen nur bei niedrigen ph-werten zu chlormolekülen oxidiert b6 ph-abhängigkeit von redoxpotentialen °c außer c)} und coh )} b5 einstabmesskette zur ph-wert-messung v1 bauen sie das folgende galvanische element auf cu cu 2+ mol/l // mno 0,02 mol/l c(graphit messen sie die spannung geben sie zu der mno -lösung ml konz schwefelsäure und messen sie erneut die spannung

silber agcl(s natriumchloridlösung silbernitratlösung cl mol/l ag ag mol/l silbernitratlösung elektrochemie 7.11 exkurs bestimmung extrem kleiner konzentrationen b1 berechnung des löslichkeitsproduktes von silberchlorid die beiden konzentrationen cl und ag werden vorgegeben in v1 ag mol/l und cl mol/l durch die ausfällung von silber chlorid nimmt cl zwar etwas ab dies ist jedoch vernachlässigbar b2 bestimmung der konzentration von silberionen nach der ausfällung von silberchlorid die spannung eines ag/ag -konzentra tionselements ist e0,059 lg ag ag 0,059 lg ag ag die gleichung wird nach ag aufgelöst e0,059 lg ag ag lg ag ag 0,059 ag ag 0,059 ag ag 0,059 das löslichkeitsprodukt von silberchlorid ist definiert als agcl cl ag einsetzen der oben berechneten formel für ag ergibt agcl cl ag 0,059 silberchlorid agcl ist in wasser nahezu unlöslich die ausfällung von silberchlorid mit silbernitratlösung ist ein nachweis für chloridionen ähnliches gilt für bromidund iodidionen aber auch nach der ausfällung bleiben ag -ionen in lösung ihre konzentration beträgt oft weniger als –10 mol/l solche extrem kleinen konzentrationen kann man durch spannungsmessung an konzentrationselementen bestimmen bestimmung von löslichkeitsprodukten wenn man von einem salz so viel in wasser gibt bis sich nichts mehr löst und sich ein ungelöster boden körper bildet so erhält man eine gesättigte lösung es besteht dann ein chemisches gleichgewicht zwischen den gelösten ionen und dem ungelösten bodenkörper aus dem massenwirkungsgesetz ergibt sich für ein aus den kationen und den anionen bestehendes salz ein konstantes produkt der ionenkonzentrationen in der lösung das löslichkeitsprodukt löslichkeitsprodukte schwer löslicher salze wie silberchlorid lassen sich mithilfe von konzentrationselementen bestimmen v1 dazu stellt man durch ausfällung von silberchlorid eine gesättigte lösung her in der cl bekannt ag jedoch unbekannt ist eine ag/ag -halbzelle mit dieser lösung wird mit einer zweiten ag/ag -halbzelle kombiniert in der ag bekannt ist die spannung dieses konzentrationselements wird gemessen und daraus das löslichkeitsprodukt berechnet b1 v1 bauen sie das folgende galvanische element auf ag/nacl mol/l // agno mol/l ag geben sie zur ausfällung von silberchlorid wenige tropfen verdünnte silbernitratlösung in die natriumchloridlösung dadurch bildet sich ein ag/ag -konzentrationselement messen sie mit einem spannungsmessgerät hoher innenwiderstand die spannung des konzentrations elements setzen sie statt natriumchloridlösung eine natriumbromidlösung gleicher konzentration ein setzen sie statt natriumchloridlösung eine natrium iodidlösung gleicher konzentration ein berechnen sie aus den messwerten die löslichkeitsprodukte der silber halogenide vergleichen sie die von ihnen bestimmten löslichkeitsprodukte mit werten aus einem tabellenwerk

elektrochemie 7.12 berechnen einer potentialdifferenz ein galvanisches element besteht aus zwei halbelementen zwischen denen eine potentialdifferenz besteht verbindet man die beiden halbelemente über einen äußeren stromkreis so fließen elektronen von der anode minuspol über den draht zu kathode pluspol da die anode elektronen für die redoxreaktion liefert oxidation wird sie auch als donator-halbelement bezeichnet die kathode reduktion nennt man entsprechend auch akzeptor-halbelement beispiel das daniell-element besteht aus einem zinkund einem kupfer-halbelement zn/zn 2+ und cu/cu 2+ die konzentration der kupferionen ccu 2+ sei mol/l die konzentration der zinkionen czn 2+ sei 0,02 mol/l das donatorund das akzeptor-halbelement sollen bestimmt und die potentialdifferenz spannung berechnet werden aufstellen der redoxgleichgewichte der halbzellen zn zn 2+ cu cu 2+ formulierung der nernst-gleichung für beide halbelemente die nernst-gleichung für beliebige redoxpaare lautet red/ox e­red/ox 0,059 ­lg cox)} cred)} e­standardpotential cox)} zahlenwert der konzentration der oxidierten form hier konzentration der gelösten metallionen cz+ )} cred)} zahlenwert der konzentration der reduzierten form hier die konzentration der ungelösten metallatome ist per definition cm)} zahl der pro formelumsatz ausgetauschten elektronen für halbelemente aus metallen und ihren salzen gilt deshalb vereinfacht e­m/m e­m/m 0,059 lg cmol/l nachschlagen der standardpotentiale in der elektrochemischen spannungsreihe e­cu/cu 2+ +0,34 e­zn/zn 2+ −0,76 bestimmen der pro formelumsatz aus getausch ten elektronen bei beiden halbelementen siehe einsetzen der werte aus und sowie der gegebenen konzentrationen in die nernst-gleichung anode oxidation zn zn 2+ kathode reduktion cu 2+ cu redoxreaktion zn cu 2+ zn 2+ cu a1 aus den beiden folgenden halbelementen wird ein galvanisches element zusammengestellt sn/sn 2+ csn 2+ mol/l und pb/pb 2+ cpb 2+ 0,001 mol/l überlegen sie in welche richtung die elektronen fließen und benennen sie das akzeptorund donator-halbelement berechnen sie die potentialdifferenz spannung e­cu/cu 2+ 0,34 0,059 lg mol/l mol/l 0,35 e­zn/zn 2+ –0,76 0,059 lg 0,02 mol/l mol/l –0,81 bestimmen des donatorund akzeptorhalbelements das in der spannungsreihe höher stehende halbelement mit dem kleineren negativeren potential ist das donator-halbelement anode oxidation hier also zn/zn 2+ daraus folgt auch die redoxgleichung des daniell-elements berechnen der potentialdifferenz ekathode eanode ecu/cu 2+ ezn/zn 2+ 0,35 −0,81 1,16 die potentialdifferenz spannung des daniell elements beträgt unter den gegebenen be dingungen 1,16

anode kathode zn zn 2+ elektrolysezelle galvanisches element oxidation reduktion zink graphit kathode zn 2+ oxidation reduktion graphit anode zn elektrochemie 7.13 elektrolysen in wässrigen lösungen b1 vergleich einer elektrolysezelle mit einem galvanischen element der stromfluss in elektrolytlösungen wird durch kationen und anionen ermöglicht dabei wird entweder in einem galvanischen element elektrische energie gewonnen oder es wird durch anlegen einer elektrischen spannung unter energiezufuhr eine chemische reaktion erzwungen elektrolyse wird durch das anlegen einer elektrischen spannung die elektrolytlösung zersetzt spricht man von elektrolyse die vorgänge in einer elektrolysezelle sind die umkehrung zu den vorgängen im galvanischen element auch hier handelt es sich um eine redoxreaktion elektrolysiert man eine zinkiodidlösung an platinoder graphitelektroden b2 v1 so werden an der mit dem pluspol verbundenen elektrode iodidionen zu iodmolekülen oxidiert davon räumlich getrennt werden an der mit dem minuspol verbundenen elektrode zinkionen zu zink atomen reduziert oxidation pluspol reduktion minuspol zn 2+ zn redoxreaktion zn 2+ zn anders als beim galvanischen element kap 7.10 ist bei einer elektrolysezelle die anode der pluspol und die kathode der minuspol b1 nur solange eine genügend große gleichspannung an der elektrolysezelle liegt wird die elektrolyse aufrecht erhalten ohne die gleichspannungsquelle die die elektrische arbeit verrichtet läuft die reaktion nicht ab unterbricht man die elektrolyse so kann man zwischen den elektroden eine elektrische spannung messen v1 durch die abscheidung der elektrolyseprodukte verändern sich die platinelektroden an ihrer oberfläche sie sind zu einer zinkbzw iodelektrode geworden durch die elektrolyse ist ein galvanisches element entstanden das aus einem zn/zn 2+ und einem /i -halb element besteht die elektrolyse ist die umkehrung der in einem galvanischen element freiwillig unter abgabe elektrischer energie ablaufenden redoxreaktion die elektrolyse wird durch die zufuhr elektrischer energie erzwungen a1 erstellen sie für das galvanische element aus zink und iod die redoxgleichung einschließlich der teilgleichungen v1 ein u-rohr mit diaphragma wird mit einer verdünnten lösung von zinkiodid zni gefüllt platinoder graphitelektroden werden eingesetzt eine gleichspannung wird angelegt und beginnend bei volt erhöht bis die abscheidung von iod erkennbar ist nach einigen minuten wird die spannungsquelle entfernt die elektroden werden dann zunächst mit einem spannungsmessgerät und anschließend mit einem elektromotor verbunden elektrolyse griech trennung auflösung mittels elektrizität anode elektrode an der die oxidation stattfindet elektrolysezelle pluspol galvan element minuspol kathode elektrode an der die reduktion stattfindet elektrolysezelle minuspol galvan element pluspol bergab-regel und elektrolyse im gegensatz zur freiwillig ablaufenden reaktion im galvanischen element kap werden bei der erzwungenen reaktion der elektrolyse die elektronen bergauf­übertragen b2 elektrolyse von zinkiodidlösung zinkbäumchen an der kathode bildung von iod an der anode

in ma in kupfer(ii)-sulfat-lösung an kupferelektroden salzsäure an graphitelektroden salzsäure an blanken platinelektroden elektrochemie elektrolysen in wässrigen lösungen zersetzungsspannung elektrolysiert man salzsäure an platinelektroden v2 und misst dabei die stromstärke in abhängigkeit von der angelegten spannung ergibt sich die in b4 dargestellte stromstärke-spannungs-kurve erhöht man die spannung von aus gehend nimmt die stromstärke zunächst kaum zu erst ab einer bestimmten spannung steigt die stromstärke deutlich an an den platinelektroden ist auch erst ab dieser spannung eine abscheidung von gasen zu beobachten wasserstoff an der kathode chlor an der anode von da ab nimmt die stromstärke linear mit der spannung zu und folgt somit dem ohm‘schen gesetz an den elektroden entwickelt sich kontinuierlich gas die zur ständigen abscheidung der elektrolyseprodukte erforderliche mindestspannung heißt zersetzungsspannung sie kann aus der stromstärke-spannungs-kurve ermittelt werden polarisationsspannung bereits bei einer geringen spannung werden kleine mengen von wasserstoff und chlor an den platinelektroden abgeschieden und dort adsorbiert dadurch sind die platinelektroden zu einer wasserstoffbzw chlorelektrode geworden sie sind polarisiert somit ist ein galvanisches element entstanden die spannung des gal va nischen elements die polarisations­spannung ist der angelegten äußeren spannung ent gegengerichtet da ständig ein teil der adsorbierten elektrolyseprodukte in die lösung diffundiert wird b4 stromstärke-spannungs-kurven bei elektrolysen b3 versuchsaufbau zur ermittlung einer stromstärke-spannungs-kurve auch ständig etwas wasserstoff und chlor an den elektroden abgeschieden dadurch kommt ein schwacher strom zustande der diffusionsstrom erhöht man die äußere spannung steigt auch die polarisationsspannung bis sich an den elektroden gasblasen bilden diese maximale polarisationsspannung ist die zersetzungsspannung bei platinelektroden entspricht sie annähernd der spannung des galvanischen elements die zersetzungsspannung der elektrolysezelle pt/h /hcl(aq)//hcl(aq)/cl /pt ist folglich bei standardbedingungen ecl /cl e/h 1,36 0,00 1,36 v2 abzug elektrolysieren sie in einem versuchsaufbau nach b3 u-rohr ohne diaphragma salzsäure mol/l an blanken platinelektroden und graphitelektroden beginnen sie bei und erhöhen sie die gleichspannung in 0,2-v-schritten messen sie die zugehörigen strom stärken in ma und legen sie wertetabellen an a2 zeichnen sie zu v2 die stromstärkespannungs-kurven und ermitteln sie daraus die zersetzungsspannungen b4 erläutern sie warum nach abschalten der spannungsquelle noch kurzzeitig eine spannung zu messen ist ohm’sches gesetz proportionalität zwischen der spannung und der stromstärke ­r der proportionalitätsfaktor wird als elektrischer widerstand bezeichnet

in –1 –2 zn/zn 2+ cl /cl oh /o ph –0,76 +0,82 +1,91 +1,36 +1,61 2,37 /h ph –0,41 –1,40 elektrochemie elektrolysen in wässrigen lösungen abscheidungspotential den einzelnen elektrodenvorgängen kann man abscheidungspotentiale zuordnen ihre beträge entsprechen bei platinelektroden annähernd den entsprechenden redoxpotentialen die zersetzungsspannung­u ist die differenz der abscheidungspotentiale pluspol minuspol anode kathode überspannung verwendet man für die elektrolyse von salzsäure nicht platinsondern graphitelektroden stellt man eine höhere zersetzungsspannung fest b5 die differenz zwischen der berechneten zersetzungsspannung spannung des entsprechenden galvanischen elements und der gemessenen zersetzungsspannung bezeichnet man als überspannung die höhere spannung kann dadurch erklärt werden dass für die elektrodenreaktionen aktivierungsenergie erforderlich ist die vom elektrodenmaterial abhängt überpotential demnach muss bei mindestens einer der elektroden der betrag des abscheidungspotentials höher sein als der betrag des entsprechenden redoxpotentials die differenz nennt man überpotential überpotentiale haben am pluspol anode ein positives am minuspol kathode ein negatives vorzeichen da sie entgegengesetzte vorzeichen haben können sie sich bei einer elektrolyse nicht gegenseitig kompensieren b5 abscheidungspotentiale zur elektrolyse einer lösung von zinkchlorid an graphitelektroden ph stromdichte a/cm rot überpotentiale die höhe des überpotentials hängt ab von der art und oberflächen beschaffenheit des elektrodenmaterials von der art und konzentration der ionen von der temperatur und von der stromdichte überpotentiale sind gering bei elektrodenreaktionen die zur abscheidung von metallen führen jedoch besonders groß wenn gase abgeschieden werden durch geeignete maßnahmen an den elek tro den oberflächen können überpotentiale verringert werden hierzu gehört das platinieren von platinelektroden das aufbringen einer oberflächenreichen katalytisch aktiven platinschicht abscheidungspotentiale und elektrolysen das tatsächliche abscheidungspotential­e an einer elektrode ist die summe des redoxpotentials red/ox und des überpotentials red/ox aus den so berechneten abscheidungspotentialen lässt sich vorhersagen welche elektrodenreaktionen bei einer elektrolyse zuerst stattfinden bei der elektrolyse einer neutralen zinkchloridlösung an graphit elektroden v3a würde man ohne kenntnis der überpotentiale erwarten dass sich wasserstoff und sauerstoff abscheiden an graphit elektroden erfordert jedoch die abscheidung von zink an der kathode und chlor an der anode die geringste zersetzungsspannung b5 wasserstoff und sauerstoff werden aufgrund der hohen überspannungen erst dann abgeschieden wenn alles zinkchlorid zersetzt ist v3 eine wässrige lösung von zinkchlorid czncl mol/l wird an graphitelektroden salzsäure chcl mol/l wird an kupferelektroden elektrolysiert v4 ermitteln sie analog zu v2 die stromstärkespannungs-kurve zur elektrolyse einer wässrigen kupfer(ii)-sulfat-lösung cuso mol/l an kupferelektroden stromdichte stromstärke dividiert durch die elektrodenoberfläche

elektrochemie elektrolysen in wässrigen lösungen a3 bei der elektrolyse von natronlauge mol/l bzw schwefelsäure mol/l an blanken platinelektroden ergibt sich die gleiche zersetzungsspannung ca 1,75 erläutern sie diesen sachverhalt a4 erläutern sie den verlauf der in v4 erhalte nen stromstärke-spannungs-kurve b4 diskutieren sie dazu die möglichen elektrodenreaktionen a5 wird eine natriumsulfatlösung an platinelektroden elektrolysiert entstehen sauerstoff und wasserstoff erklären sie dies anhand geeigneter reaktionsgleichungen bei der elektrolyse werden zuerst die teilchen oxidiert bzw reduziert welche die kleinste differenz der abschei dungs potentiale ergeben es läuft der gesamt vorgang ab welcher die kleinste zersetzungsspannung erfordert an den elektrodenvorgängen kann auch das elektrodenmaterial selbst beteiligt sein ein beispiel ist die elektrolyse von salzsäure an kupferelektroden die oxidation des anodenkupfers und die abscheidung von wasserstoff an der kathode haben zusammen die geringste zersetzungsspannung v3b b8 membranverfahren cl cl e­+1,36 oh +0,81 ph na na e­–2,71 –0,41 ph b6 amalgamverfahren exkurs alkalichloridelektrolyse natronlauge chlor und wasserstoff sind wichtige stoffe für die industrie man gewinnt sie durch elektrolyse einer wässrigen lösung von natriumchlorid steinsalz diese sole enthält die ionen na cl und oh sodass die folgenden elektrodenreaktionen möglich sind pluspol anode minuspol kathode bei der technischen verwirklichung muss man folgendes beachten die bildung von sauer stoff statt chlor muss verhindert werden die produkte natronlauge und chlor dürfen sich nicht vermischen sonst re agieren sie zu einer lösung von natriumhypochlorit naocl chlor darf sich nicht mit wasserstoff zu chlorknallgas mischen diese anforderungen werden von drei wichtigen verfahren der alkalichlorid elektrolyse chloral kalielektrolyse erfüllt bei neuen anlagen wird allerdings nur noch das membranverfahren eingesetzt beim amalgamverfahren b6 wird chlor an anoden aus titan oder graphit abgeschieden sauerstoff hat an diesen elektroden ein hohes überpotential die kathode besteht aus quecksilber an dem wasserstoff ein hohes überpotential hat außerdem erhöht ein zusatz von natrium hydroxid und natriumcarbonat zur sole den ph-wert und damit auch das abscheidungspotential das abgeschiedene natrium bildet mit quecksilber eine flüssige legierung natriumamalgam diese reagiert im amalgam zersetzer mit wasser zu natronlauge und wasserstoff beim diaphragmaverfahren b7 wird chlor an einer titananode abgeschieden wasserstoff und natronlauge bilden sich direkt an einer stahlkathode ein diaphragma aus asbest und ein hydrostatischer überdruck im anodenraum verhindern die wanderung der hydroxid ionen zur anode beim membranverfahren b8 ist das diaphragma durch eine für hydroxidund chlorid ionen undurchlässige polymermembran ersetzt dadurch erhält man chloridfreie natronlauge titananoden dünnsole natriumamalgam chlor sole quecksilberkathode pumpe quecksilber wasser natronlauge amalgamzersetzer wasserstoff elektrolysezelle graphitstäbe reinsole nacl(aq zellenlauge nacl naoh diaphragma cl sole oh oh na na cl cl cl reine natronlauge membran dünnsole sole reinsole nacl(aq cl lauge oh oh na na cl cl cl sole wasser reinsole nacl(aq zellenlauge nacl naoh diaphragma cl sole oh oh na na cl cl cl reine natronlauge membran dünnsole sole reinsole nacl(aq cl lauge oh oh na na cl cl cl sole wasser b7 diaphragma verfahren

michael faraday der sohn eines londoner schmieds forschte mit großem erfolg auf vielen gebieten der chemie und physik er untersuchte die elektrochemische zer setzung und entdeckte das benzol von ihm stammen die begriffe elektrolyse elektrode kathode anode ion kation und anion eine seiner bedeutendsten entdeckungen ist die elektromagnetische induktion sie ist die grundlage der elektrotechnik elektrochemie 7.14 quantitative betrachtung der elektrolyse die ersten quantitativen untersuchungen von elektrolysen durch michael faraday b1 im jahre 1834 lieferten wichtige erkenntnisse über die vorstellung vom aufbau der stoffe aus atomen molekülen und ionen und bildeten die grundlage für die elektrochemie quantitative elektrolyse elektrolysiert man verdünnte schwefelsäure an blanken platin elektroden b2 finden an den elektroden die folgenden reaktionen statt pluspol anode oh aq o(l 4e minuspol kathode aq o(l die oh -ionen stammen aus dem autoprotolyse-gleichgewicht des wassers b1 michael faraday 1791 1867 b2 quantitative elektrolyse im hofmann-zersetzungsapparat bei der quantitativen untersuchung v1 b2 zeigt sich dass die volumina der abgeschiedenen gase wasserstoff bzw sauerstoff bei konstanter stromstärke proportional zur elektrolysezeit und bei konstanter elektrolysedauer proportional zur stromstärke sind vkonst bzw vtkonst das faraday-gesetz fasst man beide ergebnisse zusammen so ergibt sich die volumina der abgeschiedenen gase sind proportional zum produkt aus stromstärke und zeit also zur elektrischen ladung v­tbzw vqmit dem molaren volumen erhält man die stoffmengen der elektrolyseprodukte und eine für alle elektrolysen gültige gesetzmäßigkeit die stoffmenge einer elektrolytisch abgeschiedenen stoffportion ist proportional zur übertragenen ladung ­tbzw qdiese beziehung wird im folgenden theo retisch hergeleitet dabei erhält man auch die proportionalitätskonstante zur abscheidung von teilchen der ladung z­e ist die ladung n­z­e erforderlich die anzahl nder teilchen ist das produkt der stoffmenge und der avogadro-konstante damit ergibt sich ­t n­z­e n­n ­z ­e das produkt bezeichnet man als faradaykonstante aus gleichung wird damit ­t n­z ­f beispiel um mol ionen mit der ladungszahl zu entladen ist die ladung mol ­f a·s erforderlich umstellen der gleichung ergibt faraday-gesetz avogadro-konstante 6,022 mol konstante zur umrechnung der teilchenanzahl in die einheit mol elementarladung e1,602 a·s betrag der ladung eines elektrons faraday-konstante e96485 a·s·mol betrag der ladung von elektronen bezogen auf die stoffmenge

silbernitratlösung kupfer silber kupfer(ii)-sulfat-lösung elektrochemie häufig will man nicht die stoffmenge eines abgeschiedenen stoffes berechnen sondern die masse oder das volumen zur umrechnung dienen die folgenden gleichungen n­·­m bzw n­·­v beispiel bei einer elektrolyse von kupfer(ii)sulfat-lösung an kupferelektroden fließt min lang ein strom der stärke berechnung der masse des an der kathode abgeschiedenen kupfers mkupfer ­t z­f ­mcu mkupfer 30·60 63,55 mol –1 2· mol –1 0,237 b3 gleichzeitige elektrolyse einer kupfer(ii)sulfatlösung an kupferelektroden und einer silbernitratlösung an silberelektroden v1 elektrolysieren sie in einem hofmannzersetzungsapparat b2 schwefelsäure cso mol/l an blanken platinelektroden messen sie bei konstanter stromstärke die gasvolumina in zeitabständen von je bis zum erreichen eines wasserstoffvolumens wasserstoff von ca ml tragen sie die messwerte in wertetabellen ein stellen sie die messwerte in einem -diagramm konst bzw einem -diagramm konst grafisch dar berechnen sie die stoffmengen der abgeschiedenen gase v2 schalten sie zwei elektrolysezellen mit silbernitratlösung cagno mol/l und silberelektroden bzw kupfer(ii)-sulfatlösung 12,5 cuso ml konz so ml ethanol in ml dest wasser und kupferelektroden hintereinander b3 wiegen sie die kathoden vor beginn des versuchs und nach einer elektrolysedauer von min bei einer stromstärke von a1 bei der elektrolyse einer silbernitratlösung werden 1,118 mg silber in sekunde abgeschieden berechnen sie die stromstärke a2 aus einer kupfer(ii)-sulfat-lösung soll kupfer bei einer stromstärke von abgeschieden werden berechnen sie die benötigte zeit quantitative betrachtung der elektrolyse exkurs das faraday-gesetz aus dem faraday-gesetz folgt ein zusammenhang zwischen den stoffmengen verschiedener elektrolyseprodukte die durch die gleiche elektrische ladung abgeschieden werden diesen zusammenhang bezeichnet man auch als 2.­faraday-­gesetz bei der in b3 dargestellten elektrolyseanordnung wird an allen elektroden in der gleichen zeit die gleiche ladung übertragen v2 die folgenden kath odenvorgänge finden statt ag aq ag(s cu 2+ aq cu(s die abscheidung von mol kupferatomen erfordert somit eine doppelt so große ladung wie die abscheidung von mol silberatomen für den zusammenhang zwischen den stoffmengen und von portionen verschiedener elektrolyseprodukte die durch die gleiche elektrische ladung abgeschieden werden gilt nach gleichung ­·­z ­·­f ­·­z ­·­f umstellen der gleichung ergibt das verhältnis der stoffmengen faraday-gesetz

elektrochemie elektrolysen haben eine große wirtschaftliche bedeutung bei der herstellung unedler metalle durch die zufuhr von elektrischer energie erzwingen sie deren reduktion vorkommen von zink zink ist ein auf der erde häufig vorkommendes element allerdings nur in form seiner erze die beiden häufigsten erze sind zinkblende zns b2 und smithsonit znco in deutschland gibt es zinkvorkommen diese werden allerdings seit einiger zeit nicht mehr abgebaut die größten zinkproduzenten sind heute china australien und peru der werkstoff zink zink ist ein wichtiger werkstoff der in vielen bereichen des täglichen lebens genutzt wird beispiele zink ist bestandteil der legierung messing und damit in vielen münzen badarmaturen und metallbeschlägen enthalten leclanché-elemente in form der handelsüblichen zink-kohle-batterie und alkalimanganbatterie enthalten zink außerdem die zink-luft-knopfzelle und die zink-silberoxid-knopfzelle kap 7.17 wegen seiner haltbarkeit und witterungsbeständigkeit spielt zink eine wichtige rolle als korrosionsschutz kap 7.23 bei verzinkten autokarosserien dachrinnen und gießkannen b3 feiner zink staub wird bestimmten farben als rostschutzpigment beigemengt aus feinzink-gusslegierungen werden spielzeugeisenbahnen hergestellt zinkgewinnung um elementares zink zu erhalten lässt man in einem ersten schritt zinkblende mit sauerstoff reagieren rösten zns zno so das schwefeldioxid kann zur produktion von schwefelsäure weiterverwendet werden kap 4.21 zinkoxid ist in wasser nicht löslich für die elektrolyse wird es mit schwefelsäure in gut lösliches zinksulfat überführt zno so zn 2+ so 2– das durch elektrolyse der zinksulfatlösung hergestellte zink deckt des weltweiten zinkbedarfs bei der großtechnischen zinkgewinnung ver wendet man bei einer spannung von ca aluminiumbleche als minuspol und bleielektroden als pluspol zink scheidet sich in hoher reinheit auf den aluminiumblechen ab und kann dort mechanisch entfernt werden minuspol zn 2+ zn recycling von zink etwa ein viertel des welt weit produzierten zinks wird aus recyclingmaterialien wie autokarosserien oder messing schrott gewonnen dadurch werden ressourcen geschont und energiekosten gesenkt auch bei den recycling prozessen werden elektrolytische verfahren genutzt b2 zinkblende rubinblende eine rote varietät b1 schema der zinkgewinnung b3 verzinkte gießkanne zinkblende zns zinkoxid zno gelöstes zinksulfat zn so elektrolyse zinkschicht zinksulfatlösung 7.15 gewinnung von zink

graphitanode graphitkathode gasabsaugung elektrolytschmelze lösung von aluminiumoxid in kryolith °c flüssiges aluminium elektrochemie 7.16 gewinnung von aluminium in les beaux einem kleinen ort in südfrankreich wurde 1820 ein rotbraunes erz entdeckt das man bauxit nannte aus ihm wird aluminiumoxid al gewonnen bauxit liefern etwa reines aluminiumoxid heute werden weltweit jährlich millionen tonnen bauxit abgebaut ein drittel davon in australien b1 schmelzflusselektrolyse weil aluminiumoxid nicht wasserlöslich ist unterwirft man es groß technisch der schmelzflusselektrolyse um daraus aluminium zu gewinnen aluminiumoxid hat allerdings den nachteil dass es eine hohe schmelztemperatur von 2045 °c besitzt um den energieverbrauch zu verringern löst man das aluminiumoxid in flüssigem kryolith kryolith ist ein salz der zusammensetzung na alf und hat eine schmelztemperatur von 1009 °c ein gemisch aus aluminiumoxid und kryolith mit einem massenanteil kryolith 81,5 schmilzt bereits bei °c die schmelzelektrolyse wird in einer eisenblechwanne durchgeführt die mit graphit ausgekleidet ist b2 dieses graphitfutter dient als kathode minuspol die anode plus pol besteht aus graphitblöcken die in die schmelze eintauchen aus dem aluminiumoxid entstehen durch elektrolytische zersetzung aluminium und sauer stoff das flüssige aluminium sammelt sich am boden der wanne b2 und wird von zeit zu zeit abgelassen und in barren gegossen b3 der entstehende sauerstoff verbrennt die graphitblöcke die verbrennungsgase werden abgesaugt die dabei frei gesetzte wärme trägt neben der elektrischen energie dazu bei dass das gemisch aus aluminiumoxid und kryolith flüssig bleibt elektrodenvorgänge in der schmelze liegen aluminiumund oxidionen vor die positiv geladenen aluminiumionen wandern zum minuspol kathode und nehmen dort jeweils drei elektronen auf es entstehen aluminiumatome die oxidionen wandern zum pluspol anode und geben dort jeweils zwei elektronen ab minuspol al 3+ al pluspol 2– der entstehende sauerstoff wird nicht freigesetzt sondern reagiert mit dem graphit der elektrode zu kohlenstoffmonooxid und kohlenstoffdioxid b1 bauxithalde in australien b2 schmelzofen zur herstellung von aluminium b3 flüssiges aluminium a1 aluminiumoxid werden elektrolysiert berechnen sie die masse des gewonnenen aluminiums berechnen sie die masse des verbrannten graphits gehen sie davon aus dass alles graphit zu kohlenstoffmonooxid verbrennt berechnen sie die mindestens benötig te energie in kwh zersetzungsenergie von mol al kj kwh kj vergleichen sie den errechneten wert mit dem tatsächlichen energieaufwand von ca kwh für kg aluminium

pluspol abschlusskappe bitumen kohlestab braunstein-graphit-zinkchlorid-ammoniumchloridgel pluspol minuspol bodenscheibe abdecknapf pappscheibe separator zinkbecher minuspol isolierhülse elektrochemie galvanische elemente sind energiespeicher sie stellen unabhängig vom stromnetz energie bereit für taschenlampen kameras computer spielzeug und vieles mehr bei manchen geräten wie herzschrittmachern b1 sind sie unersetzlich bei der entladung eines galvanischen elements wird die gespeicherte chemische energie durch eine redoxreaktion in elektrische energie umgewandelt batterien oft werden mehrere galvanische elemente zellen zur erhöhung der spannung in reihe geschaltet b2 man spricht dann von batterien häufig wird diese bezeichnung jedoch auch für einzelne zellen verwendet batterien gibt es in verschiedenen größen und typen für die unterschiedlichen anwendungsbereiche b6 besonders kleine bauformen sind die knopfzellen b5 je nachdem ob die elektrodenreak tionen umkehrbar sind teilt man batterien in primärelemente und in sekundärelemente ein kann ein galvanisches element nicht wieder aufgeladen werden bezeichnet man es als primärelement bei einem wieder aufladbaren galvanischen element spricht man von einem sekundärelement oder akkumulator je nach anwendungsbereich gibt es im handel unterschiedliche größen und typen von primärelementen die zink-kohle-batterie b3 wird heute hauptsächlich in taschenlampen und spielzeug eingesetzt sie geht auf das leclanché­-elementzurück das 1866 von georges leclanché patentiert wurde die anode ist ein zinkbecher der gleichzeitig als behälter dient die kathode ist ein graphit stift der von einem braunstein-rußgemisch umgeben ist das ursprüngliche leclanchéelement enthielt nur ammoniumchloridlösung als elektrolyt in der heutigen trockenbatterie dient eine lösung von zinkchlorid mit ge ringen mengen ammoniumchlorid als elektrolyt wel che durch zusatz von quellmitteln stärke zu einem gel eingedickt ist die spannung beträgt bis beim be trieb der batterie bei stromfluss ist die spannung etwas kleiner als so genannte nenn­-spannung wird angegeben die beim entladen einer zink-kohle-batterie ablaufenden reaktionen lassen sich vereinfacht folgendermaßen beschreiben minuspol ii zn zn 2+ pluspol iv iii mno mno(oh oh mangan(iv)-oxid mangan(iii)-hydroxid-oxid bei stromfluss wird der zinkbecher teilweise zerstört im elektrolyt entsteht eine kom plexe zinkverbindung zncl zno da zink-kohle-batterien manchmal auslaufen und dadurch elektrogeräte beschädigen können werden sie zunehmend durch alkali-manganbatterien ersetzt die alkali-mangan-batterie b2 b4 auch alkaline liefert eine höhere stromstärke als die zink-kohle-batterie und ist daher für geräte mit hohem strombedarf fotoapparate und mit dauernutzung trag bare audiogeräte besser geeignet außerdem gilt sie als auslaufsicher die elektrodenreak tionen der alkali-manganbatterie ent sprechen denen der zink-kohlebatterie als elektrolytlösung dient kalilauge die nennspannung beträgt ebenfalls 7.17 batterien b3 zink-kohle-batterie b2 eine 9-volt-batterie enthält sechs in reihe geschaltete 1,5-volt-zellen braunstein mangan(iv)oxid oder mangandioxid mno b1 im herzschrittmacher befindet sich eine knopfzelle

pluspol stahlbecher zinkgel minuspol minuspol bodenscheibe braunstein-graphitkalilauge-gemisch pluspol separator ableiternagel berstmembran kunststoffdichtung pluspolpluspol zinkpulver minuspol kunststoffdichtung stahlbecher separator aktivkohle nickelnetz teflonfolie luftloch filterpapier stahldeckel pluspolpluspol minuspol stahlbecher separator stützring zinkpulver kunststoffdichtung quellblattt silber(i)-oxid stahldeckel zinkpulver minuspol kunststoffdichtung stahlbecher separator aktivkohle nickelnetz teflonfolie luftloch filterpapier stahldeckel minuspol stahlbecher separator stützring zinkpulver kunststoffdichtung quellblat silber(i)-oxid stahldeckel elektrochemie a1 formulieren sie die gesamtreaktion der zink-kohle-batterie a2 erklären sie warum eine zinkkohlebatterie auslaufen kann a3 vergleichen sie die zink-kohle-batterie und die alkali-mangan-batterie hinsichtlich ihres aufbaus a4 recherchieren sie welche funktion die berstmembran hat b4 die zink-luft-knopfzelle b5 links hat eine nennspannung von sie eignet sich für hörgeräte als elektrolytlösung dient kalilauge die anodenreaktion ist die oxidation von zink wie bei der zink-kohleund alkalimangan-batterie die kathode ist ein aktivkohle-ruß-gemisch das mit der luft in ver bindung steht an der katalytisch wirksamen aktivkohle wird sauerstoff reduziert –ii oh die silberoxid-zink-knopfzelle b5 rechts ist sehr lang lebig ca jahre sie enthält eine zink anode und eine silberoxidkathode als elektrolyt wird kaliumhydroxid verwendet sie wird hauptsächlich in uhren und herzschrittmachern b1 eingesetzt eine verbrauchte silberoxid-zink-knopfzelle enthält silber dieses kann bei fachgerechter entsorgung der batterie wiedergewonnen werden die lithium-mangan-batterie b7 ist ein primär element mit hoher spannung nennspannung sowie langer lebensdauer sie wird in der mikroelektronik ein gesetzt in foto apparaten mit hohem strombedarf in rauchmeldern und in elektronischen datenspeichern lithium bildet das anodenmaterial braunstein das kathodenmaterial die elektrolytlösung ist ein gemisch aus organischen lösungsmitteln und darin gelöstem lithiumperchlorat liclo beim entladen werden die mangan(iv)-ionen des braunsteins zu mangan(iii)-ionen reduziert die durch oxidation der lithium atome gebil deten lithiumionen werden in das kristall gitter des braunsteins eingebaut iv iii li mno limno batterien bezeichnung maße in mm spannung in microzelle 10,5 44,5 mignonzelle 14,5 50,5 babyzelle 26,2 monozelle 34,2 61,5 9-v-block 26,5 17,5 48,5 flachbatterie b6 bauformen von zink-kohleund alkalimanganbatterien b5 zink-luft-knopfzelle links silberoxid-zink-knopfzelle rechts b4 alkali-mangan-batterie b7 9-volt-lithiummangan-batterie enthält drei zellen

gummistopfen spannungsmessgerät ­­­­­u essigsäure kupferblech zinkblech gummistopfen spannungsmessgerät ­­­­­u essigsäure kupferblech zinkblech redoxreaktionen und elektrochemie v1 volta-elemente geräte und chemikalien spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand kleinelektromotor bechergläser ml gummistopfen kupferbleche cm cm zink bleche cm cm krokodilklemmen verbindungsleitungen verdünnte essigsäure cch cooh mol/l statt der bechergläser und bleche können auch rillentröge mit passenden plattenelektroden verwendet werden durchführung legen sie in drei bechergläser jeweils einen gummistopfen und füllen sie die bechergläser je zur hälfte mit verdünnter essigsäure stellen sie ein zinkblech und ein kupferblech so in jedes becherglas dass die bleche durch den gummistopfen getrennt werden messen sie die spannungen zwischen den elektroden der volta-elemente schließen sie an eines der volta-elemente den kleinelektromotor an messen sie die spannung und die stromstärke beim betrieb des motors schalten sie zunächst zwei und dann alle drei voltaelemente in reihe b1 messen sie jeweils die gesamtspannung aufgaben formulieren sie die teilgleichungen für die an den elektroden ablaufen den reaktionen zeichnen sie eine schaltskizze zu versuch welche gesamtspannung ergibt sich bei der reihenschaltung von galvanischen elementen formulieren sie die entsprechende gleichung v2 leclanché-element geräte und chemikalien spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand kleinelektromotor becherglas ml hohe form kohleelektrode zinkblech extraktionshülse ein stück gummischlauch krokodilklemmen verbindungskabel mangandioxid braunstein aktivkohlepulver ammoniumchloridlösung nh cl durchführung rühren sie mangandioxid und aktivkohle im massenverhältnis mit wenig wasser zu einem brei an füllen sie den brei in die extraktionshülse diaphragma stecken sie die kohleelektrode in den brei und schützen sie den herausragenden teil durch ein stück gummischlauch vor eindiffundierendem sauerstoff füllen sie das becherglas zu zwei dritteln mit der ammoniumchloridlösung biegen sie das zinkblech um die hülse und tauchen sie das ganze in die ammoniumchloridlösung messen sie die spannung des leclanchéelements ohne betrieb des elektromotors schließen sie den elektromotor an messen sie die spannung des leclanché-elements bei betrieb des elektromotors und nachdem sie den elektromotor wieder entfernt haben aufgaben formulieren sie die teilgleichungen für die an den elektroden ablaufenden reaktionen erklären sie die funktion der aktivkohle beschreiben sie mithilfe von kap 7.13 und b2 die wichtigsten unterschiede zwischen der zink-kohleund alkali-mangan-batterie 7.14 praktikum spannungsquellen b1 volta-elemente in reihenschaltung b2 zink-kohle-batterie links und alkali-manganbatterie rechts im vergleich längs aufgeschnitten kohlestab stahlnagel separator kathode braunstein-graphitkalilauge-gemisch anode zinkbecher zinkgel kathode braunstein-graphit-zinkchloridammoniumchlorid-gel elektrochemie v1 volta-elemente geräte und chemikalien spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand kleinelektromotor bechergläser ml gummistopfen kupferbleche cm cm zink bleche cm cm krokodilklemmen verbindungsleitungen verdünnte essigsäure cch cooh mol/l statt der bechergläser und bleche können auch rillentröge mit passenden plattenelektroden verwendet werden durchführung legen sie in drei bechergläser jeweils einen gummistopfen und füllen sie die bechergläser je zur hälfte mit verdünnter essigsäure stellen sie ein zinkblech und ein kupferblech so in jedes becherglas dass die bleche durch den gummistopfen getrennt werden messen sie die spannungen zwischen den elektroden der volta-elemente schließen sie an eines der volta-elemente den kleinelektromotor an messen sie die spannung und die stromstärke beim betrieb des motors schalten sie zunächst zwei und dann alle drei voltaelemente in reihe b1 messen sie jeweils die gesamtspannung aufgaben formulieren sie die teilgleichungen für die an den elektroden ablaufen den reaktionen zeichnen sie eine schaltskizze zu versuch welche gesamtspannung ergibt sich bei der reihenschaltung von galvanischen elemen ten formulieren sie die entsprechende gleichung v2 leclanché-element geräte und chemikalien spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand kleinelektromotor becherglas ml hohe form kohleelektrode zinkblech extraktionshülse ein stück gummischlauch krokodilklemmen verbindungskabel mangandioxid braunstein aktivkohlepulver ammoniumchloridlösung nh cl durchführung rühren sie mangandioxid und aktivkohle im massenverhältnis mit wenig wasser zu einem brei an füllen sie den brei in die extraktionshülse diaphragma stecken sie die kohleelektrode in den brei und schützen sie den herausragenden teil durch ein stück gummischlauch vor eindiffundierendem sauerstoff füllen sie das becherglas zu zwei dritteln mit der ammoniumchloridlösung biegen sie das zinkblech um die hülse und tauchen sie das ganze in die ammoniumchloridlösung messen sie die spannung des leclanchéelements ohne betrieb des elektromotors schließen sie den elektromotor an messen sie die spannung des leclanché-elements bei betrieb des elektromotors und nachdem sie den elektromotor wieder entfernt haben aufgaben formulieren sie die teilgleichungen für die an den elektroden ablaufenden reaktionen erklären sie die funktion der aktivkohle beschreiben sie mithilfe von kap 7.20 und b2 die wichtigsten unterschiede zwischen der zink-kohleund alkali-mangan-batterie 7.18 praktikum primärelemente b1 volta-elemente in reihenschaltung b2 zink-kohle-batterie links und alkali-manganbatterie rechts im vergleich längs aufgeschnitten

pb pbso so pbo pbso 2– so 2– entladen laden elektrochemie in akkumulatoren sind die elektrodenreaktionen umkehrbar sodass sie bis zu 1000-mal wieder aufgeladen werden können man bezeichnet akkumulatoren auch als sekundärelemente häufig werden mehrere akkumulatorzellen zu akku-packs zusammengebaut der bleiakkumulator wurde bereits im jahr 1850 von wilhelm josef sinsteden erfunden der minuspol besteht aus blei der pluspol aus blei(iv)-oxid der bleiakkumulator hat bis heute große be deutung als starterbatterie in kraftfahr zeugen da er eine stromstärke von mehreren hundert ampere liefert in einer starter batterie bilden zwei sätze von parallel geschalteten gitterplatten einen plattenblock der in verdünnte schwefel säure batteriesäure taucht b2 die mit fein verteiltem blei schwammblei beschichteten gitter der negativen platten bestehen aus einer bleicalcium-legierung die mit blei(iv)-oxid beschichteten gitter der positiven platten bestehen aus einer legierung aus blei calcium silber zinn und aluminium se paratoren mikro poröse trennwände verhindern den direkten kontakt der platten die spannung eines plattenblocks ist nenn spannung eine typische 12-volt-starter batterie besteht aus sechs in reihe geschalteten plattenblöcken und hat eine kapazität von amperestunden beim entladen eines bleiakkumulators laufen die in b1 und b3 dargestellen reaktionen ab das schwer lösliche blei(ii)-sulfat scheidet sich als überzug auf dem minuspol ab da beim entladen schwefelsäure verbraucht wird sinkt die dichte der elektrolyt lösung somit kann man den ladezustand durch dichtemessung bestimmen beim laden beim anlegen einer äußeren spannung werden die reaktionen umgekehrt das laden des bleiakkumulators ist deshalb möglich weil die abscheidung von wasserstoff an blei ein hohes überpotential aufweist kap 7.13 beim laden mit zu hoher spannung oder beim überladen bildet sich an der kathode wasserstoff und an der anode sauerstoff der akkumulator gast auch beim normalen laden entstehen geringe mengen an wasserstoff und sauerstoff mit der zeit lösen sich die elektroden materialien von den gittern ab und bilden einen bodensatz bleischlamm der bleiakku mulator wird dadurch allmählich unbrauchbar beim laden eines akkumulators werden durch anlegen einer äußeren spannung die reaktionen umgekehrt die beim entladen von selbst ablaufen b2 aufbau einer starterbatterie bleiakkumulator ii minuspol pb so 2– pbso iv ii pluspol pbo so 2– pbso entladen pb pbo so 2– pbso laden b3 entladen und laden eines bleiakkumulators leeres gitter separator positive platte pbo negative platte pb minuspol pluspol b1 elektrodenvorgänge im bleiakkumulator kapazität bei akkumulatoren die ladung q­=­ø­·­t die innerhalb einer definierten zeit entnommen werden kann in der einheit amperestunden ah eine pkw-starterbatterie mit der kapazität ah liefert stunden lang durchschnittlich ampere nicht­verwechseln die kapazität des kondensators ist eine andere größe akkumulator von lat accumulare sammeln batteriesäure und ladezustand batteriesäure ist mit dest wasser verdünnte schwefelsäure bei der voll geladenen starterbatterie ist wso die dichte ist abhängig von wso und damit vom ladezustand °c ladezustand 1,28 g/cm 1,24 g/cm 1,10 g/cm 7.19 akkumulatoren

pluspol abschlusskappe kunststoffdichtung nickel(iii)-hydroxid-oxid pluspol wasserstoff speichernde legierung ni la ce minuspol minuspol bodenscheibe ableiter separator graphiteinlagerungselektrode metalloxideinlagerungselektrode 2– ableiter laden entladen separator ableiter co 3+ co 4+ li elektrochemie der nickel-metallhydrid-akkumulator nimh-akku b5 b7 hat eine nennspannung von volt er enthält eine metalllegierung die wasserstoff adsorbieren kann metallhydrid vereinfacht kann man die elektrochemischen prozesse wie folgt angeben iii entladen ii nio(oh metall-h ni(oh metall laden nimh-akkus findet man in schnurlosen telefonen in spielzeug und in hybridautos der lithium-ionen-akkumulator b4 b6 ist bei vergleichbarer kapazität wesentlich kleiner und leichter als andere akkumulatoren er wird in digitalkameras camcordern notebooks smartphones und elektroautos eingesetzt mit spannungen von bis volt sind lithiumakkumulatoren b7 nickel-metallhydrid-akkumulator ausführung als wickelzelle b5 verschiedene bauformen von nickelmetallhydrid-akkumulatoren b6 prinzip des lithium-ionen-akkumulators b4 lithium-ionenakkumulator ionen-akkumulatoren die sekundär elemente mit den höchsten spannungen beide elektroden bestehen aus materialien die lithiumionen in ihre kristallstruktur einlagern und leicht abgeben können als pluspol verwendet man häufig graphit der minuspol besteht aus einem lithium-metall oxid limn oder licoo als elektrolyt verwendet man die lösung eines lithiumsalzes lipf in einem organischen lösungsmittel beim laden geben metallionen co 3+ am pluspol elektronen ab am minuspol nimmt ein graphitgitter elektronen auf zum ladungsausgleich wandern lithiumionen li vom pluspol zum minuspol und werden in das graphitgitter eingelagert beim entladen laufen die umgekehrten reaktionen ab laden pluspol co 3+ co 4+ minuspol entladen pluspol co 4+ co 3+ minuspol zum ladungsausgleich werden li -ionen von einer elektrode zur anderen verschoben b6 die li -ionen ändern ihre oxidationszahl dabei nicht die teilchen die wandern sind nicht an der redoxreaktion beteiligt in den reaktionsgleichungen steht für ein graphitgitter in dem jeweils sechs c-atome ein zusätzliches elektron auf genommen haben

graphiteinlagerungselektrode minuspol dichtung pluspol minuspol überdruckventil ableiter metalloxideinlagerungselektrode pluspol separator elektrochemie akkumulatoren v1 zwei blanke bleiplatten werden in ein mit schwefelsäure wso gefülltes becherglas gestellt die bleiplatten dürfen sich nicht berühren gummistopfen zwischen die platten legen mit einer gleichspannung die so hoch gewählt wird dass an den bleiplatten gerade eine gasentwicklung zu erkennen ist wird etwa min lang elektrolysiert nach der elektrolyse wird anstelle der spannungsquelle ein spannungsmessgerät mit den elektroden verbunden an die elektroden wird ein elektromotor angeschlossen aufgabe erläutern sie ihre beobachtungen neuere entwicklungen des lithiumionenakkumulators verwenden nanokristallines silicium statt graphit oder lithiumeisenphosphat lifepo statt des lithium-metalloxids der lithium-polymer-akkumulator lipo enthält statt des organischen lösungsmittels ein polymer einen kunststoff als elektrolyt dadurch kann der lithium-polymer-akkumulator nicht auslaufen und benötigt kein festes gehäuse er kann in nahezu jeder beliebigen form produziert werden und weist eine besonders hohe spezifische energie auf häufig werden die elektroden gewickelt b8 akkumulatoren im auto der bleiakkumulator wird hauptsächlich als starterbatterie eingesetzt seine große masse ist ein erheblicher nachteil ein elektroauto das mit bleiakkus betrieben würde müsste einen zu großen teil der energie für den transport des energiespeichers aufwenden bei nickel-metallhydrid-akkumulatoren ist die spezifische energie wesentlich höher er wird daher in hybridautos eingesetzt eine noch viel höhere spezifische energie weist der lithiumionen-akkumulator auf nachdem es gelungen ist für diesen eine sehr stabile membran herzustellen wird er heute in den meisten elektroautos und auch in hybridautos verwendet a1 berechnen sie die spannung des bleiakkumulators bei standardbedingungen aus der elektrochemischen spannungsreihe anhang a2 vergleichen sie am beispiel des bleiakkumulators die vorgänge in einer galvanischen zelle mit den vorgängen bei einer elektrolyse a3 stellen sie zum ladeund entladevorgang des lihtium-ionen-akkumulators die gesamtreaktionsgleichung auf a4 fassen sie die in den kapiteln 7.17 und 7.19 vorgestellten batterien und akkumulatoren in einer tabelle zusammen nennen sie zu jedem typ die spannung das material der elektroden plusund minuspol den elektrolyt und besondere merkmale und anwendungen b8 gewickelter lithium-polymer-akkumulator b9 lithium-ionen-akkumulator in einem elektroauto spezifische energie quotient aus gespeicherter energie und masse die spezifische energie wird meistens in der einheit wattstunden pro kilogramm angegeben wh/kg 3600 j/kg der bleiakkumulator hat eine spezifische energie von ca wh/kg der nickel-metallhydrid-akkumulator ca wh/kg lithium-ionen-akkumulatoren über wh/kg energiedichte quotient aus gespeicherter energie und volumen der begriff energiedichte wird aber oft auch für die spezifische energie verwendet

druckgasflasche druckgasflasche plexiglaskammer gaseinleitungsrohr glasfritte diaphragma schaumstoff elektrolytlösung kaliumnitrat palladinierte nickelnetzelektrode elektrochemie 7.20 brennstoffzellen brennstoffzellen sind leicht und leise sie werden deshalb seit jahrzehnten in der raum fahrt und beim militär eingesetzt erst in den letzten jahren wurde der anwendungs bereich der brennstoffzellentechnik erweitert brennstoffzellen werden heute in fahrzeugen b1 in laptops in der haustechnik und sogar in heizkraftwerken eingesetzt im jahr 2014 ging das erste auto mit brennstoffzellenantrieb in serienproduktion brennstoffzellen bereits im jahr 1838 baute der chemiker christian friedrich schönbein die erste brennstoffzelle er tauchte zwei platinelektroden in salzsäure und umspülte sie mit wasserstoff bzw sauerstoff zwischen den platinelektroden konnte er eine elektrische spannung messen das prinzip dieser wasserstoff-sauerstoffbrennstoffzelle besteht in der umkehrung der elektrolyse von wasser die elektrische energie wird von einer kontrollierten knallgasreaktion geliefert minuspol –ii pluspol oh oh man bezeichnet die wasserstoff-sauerstoffbrennstoffzelle deshalb auch als knallgaszelle ihre spannung beträgt etwa volt im gegensatz zur batterie sind die energieliefernden stoffe nicht in der brennstoffzelle vorhanden sondern werden von außen zugeführt eine brennstoffzelle ist somit kein energiespeicher sondern ein energiewandler eine brennstoffzelle ist ein galvanisches element bei dem das reduktionsmittel brennstoff und das oxidationsmittel von außen zugeführt werden b2 modellversuch v1 zur wasserstoff-sauerstoffbrennstoffzelle knallgaszelle v1 nach b2 wird eine knallgaszelle pd(ni)/h /kno //kno /o /(ni)pd auf gebaut die beiden netzelektroden müssen vollständig von kaliumnitratlösung ckno mol/l bedeckt sein aus druckgasflaschen werden über sicher heitswaschflaschen wasserstoff und sauerstoff eingeleitet die spannung der zelle wird gemessen und ein elektro motor wird betrieben aus der umgebung der elektroden werden dann proben der elektrolytlösung entnommen und mit universalindikatorlösung versetzt hinweis die nickeldrahtnetze sollten frisch palladiniert werden hierzu werden sie in zwei reagenzgläsern etwa eine stunde lang in verdünnte leicht mit salzsäure angesäuerte palladium(ii)-chlorid-lösung getaucht b1 fahrzeug mit brennstoffzellenantrieb

bipolarplatte elektrischer kontakt diffusionsschicht katalysatorschicht polymermembran wasserstoff luft sauerstoff wasserdampf luft 2– elektrochemie brennstoffzellen pem-brennstoffzellen pemfc in der technik insbesondere bei kraftfahrzeugen spielt die pem-brennstoffzelle b3 eine große rolle der elektrolyt besteht hier aus einer dünnen polymermembran auf beiden seiten der polymermembran sind nanopartikel von edelmetallen platin aufgebracht die als katalysator wirken die reagierenden gase wasserstoff und sauerstoff werden durch eine elektrisch leitfähige diffusionsschicht gdl as iffusion ayer zum katalysator geleitet die elektrischen kontakte bezeichnet man als bipolarplatten sie bestehen aus graphit bzw aus einem kunststoff der graphit enthält compound-platten oder aus metall in die platten sind feine kanäle gefräst diese dienen der gleichmäßigen verteilung der gase über die elektroden die bipolarplatten führen außerdem die entstehende reaktionswärme ab in brennstoffzellen-stacks sind viele brennstoffzellen in reihe geschaltet b4 dies ermöglicht hohe spannungen für den betrieb von fahrzeugen der energiewirkungsgrad der pem-brennnstoffzelle ist im vergleich zu verbrennungsmotoren sehr hoch der energiewirkungsgrad ist ein maß für die effektivität der energieumwandlung er ist der quotient aus der erzeugten arbeit d.h der umgesetzten energie und der reaktionswärme energie pem-brennstoffzellen erreichen energiewirkungsgrade von ca ottomotoren von maximal weiterere vorteile der pem-brennstoffzelle sind dass sie elektrischen strom ohne bewegliche teile und umweltschädliche abgase erzeugt sie macht keinen lärm und als abgas entsteht nur wasser ein nachteil der pem-brennstoffzelle ist dass die lagerung und der transport von wasserstoff technisch schwierig sind aus diesem grund wurden auch brennstoffzellen entwickelt die flüssige brennstoffe nutzen methanol oder ethanol direktmethanol-brennstoffzellen dmfc sind ähnlich aufgebaut wie pem-brennstoffzellen statt wasserstoff nutzen sie methanol als oxidationsmittel dient auch hier sauerstoff minuspol ch oh co pluspol ch oh co methanol liegt als flüssigkeit vor und ist deshalb einfacher zu lagern und transportieren als wasserstoff nachteile sind dass methanol giftig und korrosiv ist die dmfc hat außerdem einen geringeren energiewirkungsgrad als die pemfc b3 prinzip der polymermembran-brennstoffzelle pemfc proton exchange membrane fuel cell oder olymer lectrolyte embrane uel ell der abstand zwischen den elektroden ist ca mm die vorgänge an den elektroden sind vereinfacht dargestellt b4 brennstoffzellenstack a1 nennen sie gemeinsamkeiten und unterschiede zwischen batterien akkumulatoren und brennstoffzellen a2 eine brennstoffzelle lieferte genau minuten lang einen strom der stromstärke 0,230 bei der spannung 0,803 dafür wurden ml wasserstoff verbraucht berechnen sie den energiewirkungsgrad dieser brennstoffzelle hinweis verwenden sie die angaben in der randspalte a3 recherchieren sie verfahren zur wasserstoffgewinnung stack engl stapel griech buchstabe eta elektrische arbeit einheiten reaktionswärme der verbrennung von mol wasserstoff bei standardbedingungen kj/mol molares gasvolumen bei standardbedingungen l/mol

elektrochemie an einem sonnigen und windigen tag wird mit solarund windkraftanlagen mehr energie erzeugt als an anderen tagen die haushalte und die industrie müssen jedoch immer zuverlässig mit strom versorgt werden zurzeit sorgen hauptsächlich die kohleund kernkraftwerke dafür dass die stromversorgung vom wetter unanhängig ist wenn diese durch erneuerbare energiequellen ersetzt werden benötigt man energiespeicher die zukunft der stromversorgung auf der basis erneuerbarer energiequellen hängt von den speichermöglichkeiten ab energieumwandlung elektrische energie lässt sich in form eines elektrischen feldes im kondensator speichern mit einer spule kann sie in magnetische energie umgewandelt und gespeichert werden kondensatoren und spulen eignen sich aber nur zum ausgleich kurzfristiger schwankungen in elektrogeräten und nicht für die großtechnische energiespeicherung alle anderen energiespeicher basieren darauf dass die elektrische energie in mechanische chemische oder thermische energie umgewandelt wird b1 im folgenden werden einige ausgewählte möglichkeiten der energiespeicherung vorgestellt erzeugung von brennstoffen durch elektrolyse von wasser kann man die gase wasserstoff und sauerstoff gewinnen und so elektrische energie in chemische energie umwandeln b2 durch die umkehrung der elektrolyse in der brennstoffzelle kann man daraus wieder elektrische energie erzeugen kap 7.20 als alternative zur elektrolyse wird die fotokatalytische wasserspaltung erforscht die energie des lichts zerlegt wasser an einem katalysator in wasserstoff und sauerstoff bis zu einer wirtschaftlichen anwendung der fotokalaytischen wasserspaltung wird es jedoch noch jahre dauern da wasserstoff schwierig zu lagern und zu transportieren ist beschäftigt sich die forschung mit der synthese von methan aus wasserstoff und kohlenstoffdioxid katalysator co  ch diese reaktion ist als sabatier-prozess bekannt sie ist exotherm benötigt aber einen katalysator das methan kann in das erdgasnetz eingespeist werden erdgas besteht zum großteil aus methan das konzept wird als power-togas bezeichnet da mithilfe von elektrischer energie ein gasförmiger energieträger erzeugt wird in der forschung gibt es auch ansätze elektrische energie zur erzeugung von flüssigen energieträgern wie z.b methanol zu verwenden power-to-liquid 7.21 energiespeicherung b2 modellversuch zur speicherung von chemischer energie power-to-gas b1 möglichkeiten der energiespeicherung energieform beispiele für energieträger bzw energiespeicher elektrische energie elektrisches feld im kondensator magnetische energie magnetisches feld in der spule potentielle energie mechanische hochgepumptes wasser im pumpspeicherwerk gespannte feder komprimierte luft im druckluftspeicher kinetische energie mechanische rotierendes schwungrad chemische energie akkumulatoren gasförmige brennstoffe power-to-gas flüssige brennstoffe power-to-liquid thermische oder thermochemische energie heißes wasser im sensiblen wärmespeicher flüssigkeit im latentwärmespeicher trockenes kieselgel im thermochemischen wärmespeicher erneuerbare energiequellen siehe kap 4.12

wärme hohe temperatur wärme niedrige temperatur wärme hohe temperatur wärme niedrige temperatur trockenes kieselgel flüssiges wasser wasserdampf wasserdampf desorption adsorption kondensation verdampfung elektrochemie kwk-anlage kraftwärme-kopplungsanlage eine wärme-kraft-maschine ein dieselmotor treibt einen generator an und erzeugt elektrische energie die thermische energie des kühlwassers wird zum heizen genutzt adsorption anlagerung von molekülen an der oberfläche eines festkörpers desorption umkehrung der adsorption wärmespeicher kwk-anlagen könnten in der zukunft spitzenlasten im stromnetz abdecken dazu müssten sie aber genau dann laufen wenn viel elektrische energie angefordert wird da die gleichzeitig erzeugte wärme oft zu anderen zeiten benötigt wird muss sie gespeichert werden in sensiblen wärmespeichern isolierten wasserbehältern ändert sich durch wärmezufuhr die temperatur in latentwärmespeichern wird eine flüssigkeit durch wärmezufuhr geschmolzen endothermer vorgang beim kristallisieren wird die wärme wieder abgegeben exothermer vorgang handwärmer b3 v1 sind latentwärmespeicher natriumacetattrihydrat wird durch erhitzen geschmolzen und dann auf zimmertemperatur abgekühlt ein stahlklicker knackfrosch löst die kristallisation aus in thermochemischen wärmespeichern b4 findert eine umkehrbare chemische reaktion statt die adsorption von wasser an kieselgel bei der desorption von wasser trocknung wird wärme aufgenommen bei der adsorption von wasser gibt das kieselgel die wärme wieder ab dies ermöglicht eine verlustfreie speicherung auch über längere zeiten bei hoher energiedichte pumpspeicherwerke wandeln elektrische energie in potentielle energie um zu zeiten hoher stromerzeugung und geringen bedarfs wird wasser aus dem tiefbecken in das oberbecken gepumpt wird zu einem späteren zeitpunkt mehr elektrische energie benötigt leitet man das wasser über turbinen in das tiefbecken zurück pumpspeicherwerke sind eine seit jahrzehnten bewährte technik mit hohem wirkungsgrad aber ihre wasserbecken benötigen viel platz und sehen meist nicht schön aus deshalb gibt es pläne alte bergwerksschächte vom steinkohleabbau im ruhrgebiet als tiefbecken zu nutzen energiespeicherung b3 latentwärmespeicher mit natriumacetattrihydrat als handwärmer v1 geben sie in ein reagenzglas ca natriumacetat-trihydrat ch coona ·3 und einige tropfen dest wasser stellen sie das reagenzglas in ein siedendes wasserbad bis eine völlig klare schmelze entstanden ist schwenken sie das reagenzglas vorsichtig sodass reste von festem natriumacetat-trihydrat die evtl an der reagenzglaswand hängen von der schmelze aufgenommen werden lassen sie die schmelze langsam auf zimmertemperatur abkühlen hinweis wenn während des abkühlens kristalle erscheinen muss das reagenzglas erneut in siedendes wasser gestellt werden geben sie zu der abgekühlten schmelze einige kristalle natriumacetat-trihydrat beobachten sie den inhalt des reagenzglases und prüfen sie mit dem handballen die temperaturänderung a1 erstellen sie ein fließschema zur speicherung von energie nach dem power-togas-konzept wasserstoff und methan einschließlich der verwertung des methans im gaskraftwerk a2 recherchieren sie zum thema power-togas und nennen sie dessen vorund nachteile im vergleich zu pumpspeicherwerken b4 prinzip des thermochemischen wärmespeichers mit kieselgel oben laden speichern von wärme unten entladen nutzen der wärme

gleichspannungsquelle elektromotor spannungsmessgerät sauerstoff schalter schalter kohleelektrode graphitplatte kohleelektrode graphitplatte kalilauge wasserstoff separator gummistopfen umesswiderstand brennstoffzelle elektrochemie v1 wirkungsgrade einer brennstoffzelle geräte und materialien gerätesatz eines lehrmittelherstellers pem-brennstoffzelle mit gasbehältern messwiderstände spannungsmessgerät strommessgerät netzgerät stoppuhr durchführung nehmen sie die geräte nach der anweisung des herstellers in betrieb elektrolysieren sie bis im wasserstoff-gasspeicher ca ml erreicht sind verbinden sie die brennstoffzelle mit dem messwiderstand und den messgeräten b2 messen sie die stromstärke die spannung und den wasserstoffverbrauch bei konstantem widerstand notieren sie nach einem wasserstoffverbrauch von ml ml ml und ml die spannung die stromstärke und die verstrichene zeit auswertung berechnen sie den energiewirkungsgrad der brennstoffzelle kap 7.20 der faraday-wirkungsgrad einer brennstoffzelle ist das verhältnis des theoretischen wasserstoffverbrauchs zum experimentell bestimmten wasserstoffverbrauch faraday wasserstoff wasserstoff berechnen sie aus der elektrischen ladung nach dem faraday-gesetz kap 7.14 den theoretischen wasserstoffverbrauch und ermitteln sie damit den faraday-wirkungsgrad ihrer brennstoffzelle v2 modellversuch zur wasserstoffsauerstoff-brennstoffzelle geräte und chemikalien spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand netzgerät mit variabler gleichspannung kleinelektromotor schalter becherglas ml plattenförmige kohleelek troden graphitplatten krokodilklemmen verbindungsleitungen separator gummistopfen kalilauge ckoh mol/l statt des becherglases kann auch ein rillen trog verwendet werden zu dem die kohle elek troden passen durchführung schutzbrille legen sie den separator in das becherglas und füllen sie das becherglas zu drei vierteln mit kalilauge stellen sie zwei kohleelektroden so in die lösung dass die elektroden durch den separator getrennt werden verbinden sie die elektroden mit dem spannungsmessgerät und über zwei schalter mit dem netzgerät und dem elektromotor b3 schließen sie schalter schalter bleibt geöffnet elektrolysieren sie bei etwa volt etwa bis minuten lang öffnen sie schalter und messen sie die spannung zwischen den kohleelektroden das spannungsmessgerät braucht nicht umgepolt zu werden schließen sie schalter und messen sie die spannung bei betrieb des elektromotors durch wiederholte elektrolyse können der brennstoff wasserstoff und das oxidationsmittel sauerstoff nachgeliefert werden aufgaben formulieren sie die teilgleichungen für die an den elektroden in der elektrolysezelle und in der strom liefernden brennstoffzelle ablaufenden reaktionen informieren sie sich über die möglichkeiten des einsatzes von brennstoffzellen b3 versuchsaufbau zu v2 b1 pem-brennstoffzelle mit gasspeicher für v1 7.22 praktikum brennstoffzellen b2 schaltskizze zu v1

zn 2+ zn zink kupfer elektrolytlösung elektrochemie 7.23 korrosion und korrosionsschutz korrosion von lat corrodere zernagen gegenstände aus unedlen metallen können durch redoxreaktionen mit stoffen aus ihrer umgebung beschädigt oder zerstört werden dies bezeichnet man als korrosion auch das rosten von eisen ist eine korrosion man unterscheidet flächenkorrosion mit nahezu gleichmäßiger korrosion auf der gesamten metalloberfläche und lochkorrosion die nur an kleinen oberflächenbereichen abläuft und lochfraß erzeugt b1 gefährlich ist risskorrosion in stahlkonstruktionen oder leitungsrohren vor allem wenn sie von außen nicht sichtbar sind die beschädigung oder zerstörung von metallgegenständen durch chemische reaktionen mit der umgebung bezeichnet man als kor rosion elektrochemische korrosion am lokalelement gibt man einen zinkstab in ver dünnte schwefel säure so beobachtet man eine schwache gasentwicklung an der oberfläche zinkatome werden zu zinkionen oxidiert oxonium ionen werden zu wasserstoff mole külen reduziert b2 links v1 ox zn zn 2+ red redox zn zn 2+ berührt man den zinkstab mit einem kupferoder platindraht wird die gasentwicklung stärker der wasserstoff entwickelt sich nun überwiegend an der oberfläche des edleren metalls b2 rechts da sich die beiden unterschiedlichen metalle berühren und die kontaktfläche von einer elektrolytlösung umgeben ist entsteht auf kleinstem raum ein kurzgeschlossenes galvanisches element dieses wird als lokal-elementoder kontaktelement bezeichnet die spannung des lokalelements und der damit verbundene stromfluss vom unedleren metall lokalanode zum edleren metall lokal kathode sind ursachen für die stärkere wasserstoffentwicklung am edleren metall b3 das edlere metall wirkt hier als ableitelektrode es wird bei dieser redox reaktion nicht verändert unterschiedliche metalle die sich in einem elektrolyten berühren bilden ein lokalelement kontakt element dies ist die ursache für die elektro chemische korrosion lokalelemente bilden sich nicht nur beim kon takt von metallen mit unterschiedlichen redoxpotentialen sondern auch wenn das gleiche metall in lösungen mit unterschiedlichen elektrolyt konzentrationen taucht durch bildung von konzentrationselementen außerdem können lokalelemente entstehen wenn beim gleichen metall stellen mit ver schiedener temperatur vorliegen temperatur abhängigkeit des redoxpotentials oder wenn stellen verschieden belüftet sind unterschiedliche sauerstoffkonzentration b2 reaktion von zink mit schwefelsäure links bei einem kontakt element von zink mit kupfer rechts bildet sich der wasserstoff am kupfer b1 flächenkorrosion links und lochkorrosion rechts b3 vorgänge am zink-kupfer-lokal element

luft sauerstoff wassertropfen elektrolytlösung zinn lokalkathode eisen lokalanode feo(oh iii fe(oh ii oxidation fe 2+ oh fe elektrochemie rosten auch das rosten von eisen und stahl ist durch die bildung von lokalelementen gekennzeichnet v2 b4 beschichtungen mit edleren metallen oder oxidbedeckte stellen der metalloberfläche können als lokalkathoden wirken das eisen als lokalanode wird oxidiert fe(s fe 2+ aq an der lokalkathode kann bei abwesen heit von sauerstoff nur eine säurekorrosion stattfinden oxoniumionen werden zu wasser stoffmolekülen reduziert aq o(l säurekorrosion erfolgt überwiegend in sauren lösungen bei sauerstoffmangel bei anwesenheit von sauerstoff findet sauer stoffkorrosion statt sauerstoff moleküle werden zu hydroxidionen reduziert aq oh aq sauerstoffkorrosion erfolgt in neutralen oder alkalischen lösungen bei sauerstoffzutritt eisen(ii)-ionen bilden mit den hydroxidionen schwer lösliches eisen(ii)-hydroxid fe 2+ aq oh aq fe(oh das eisen(ii)hydroxid wird teilweise zu eisen(iii)-hydroxid-oxid oxidiert fe(oh aq feo(oh die hydroxide werden durch abgabe von wasser zu oxiden fe(oh feo feo(oh fe rost ist ein gemisch aus eisen(ii)-oxid eisen(iii)-oxid und kristallwasser korrosion und korrosionsschutz b4 sauerstoffkorrosion rosten von eisen am lokalelement v1 geben sie in ein reagenzglas verdünnte schwefelsäure und tauchen sie einen stab aus reinem zink ein berühren sie den zinkstab dann in der lösung mit einem kupferoder platindraht der versuch ist als projektionsversuch geeignet v2 geben sie in eine glasküvette eine salzindikator-lösung natriumchlorid kalium-hexacyanidoferrat(iii fe(cn sowie tropfen alkoholische phenolphthaleinlösung in ml wasser stellen sie in die lösung einen blank geschmirgelten eisenstab nagel und einen kupferstab verbinden sie die metall stäbe außerhalb der küvette mit einem kabel der versuch ist als projektionsversuch geeignet a1 formulieren sie für die reaktion von eisen mit salzsäure die teilgleichungen für die oxidation und die reduktion a2 in einem reagenzglas wird festes zinksulfat vorsichtig mit dest wasser überschichtet taucht ein blanker zinkstab senkrecht bis knapp über den bodenkörper ein stellt man nach einigen tagen am unteren stab ende zinkkristalle fest während der stab im oberen bereich matt und rau geworden ist erklären sie diese beobachtung wie lange läuft die reaktion ab a3 wasserstoff kann im labor durch die reaktion von zink mit salzsäure erhalten werden die wasserstoffentwicklung wird beschleunigt wenn man eine geringe menge kupfer(ii)-sulfat zugibt erläutern sie diese beobachtung

eisen kathode graphit anode magnesium anode eisen kathode mg mg 2+ elektrochemie korrosion und korrosionsschutz eine rostschicht ist spröde und porös daher schützt sie das eisen nicht vor weiterer korrosion salze streusalz beschleunigen den korrosionsvorgang da sie die leitfähigkeit erhöhen bedeutung des korrosionsschutzes korrosion verursacht große schäden metallprodukte werden unbrauchbar und müssen ersetzt werden auch die folgeschäden können gravierend sein bei undichten öltanks der korrosionsschutz hat deshalb eine große technische und wirtschaftliche bedeutung passiver korrosionsschutz eine schutzschicht auf der metalloberfläche hält luft und wasser fern und verhindert dadurch die korrosion oberflächenschutzschichten können aus lacken kunststoffpulvern email zinkphosphat zn po farblos zinkchromat zncro gelb oder edleren metallen bestehen metallüberzüge können auf vielfältige weise aufgebracht werden wichtige verfahren sind das galvanisieren b5 bei dem das überzugsmetall elektrolytisch auf dem als kathode geschalteten werkstück abgeschieden wird vergolden verchromen b8 verzinnen und das schmelztauchen bei dem das werkstück in eine schmelze des überzugsmetalls getaucht wird feuerverzinnen beim schmelztauchen sind die erhaltenen schichten wesentlich dicker als beim galvanisieren überzüge aus edleren metallen schützen allerdings nur so lange wie der überzug nicht beschädigt wird so korrodiert verzinnter stahl weißblech bei beschädigung des zinnüberzugs rascher als ungeschützter stahl da sich ein lokalelement bildet b4 kathodischer korrosionsschutz bei unterirdischen rohrleitungen oder tanks sowie bei stahlkonstruktionen im meerwasser spundwände schiffswände wird der kathodische­korrosionsschutz angewandt aktiver korrosionsschutz die stahlkonstruktion wird mit auswechselbaren elektroden aus einer magnesiumlegierung oder zink leitend verbunden b6 links in solchen kurzgeschlossenen galvanischen elementen bildet der stahl die kathode und das magnesium eine sich auflösende anode schutzoder opfer anode bei verwendung einer fremdstromanlage b6 rechts braucht die opferanode kein negatives potential gegen stahl zu haben die stahlkonstruktion wird mit dem minuspol einer gleichspannungsquelle verbunden als anodenmaterial dient gusseisen oder graphit auch das verzinken von stahl b7 ist kathodischer korrosionsschutz zink bildet eine schützende oxidschicht und korrodiert deshalb nicht passivierung wird die zinkschicht beschädigt bildet sich ein lokalelement das unedlere zink wirkt dabei als opferanode b6 kathodischer korrosionsschutz rechts mit fremdstromanlage b5 galvanisieranlage für musterbeschichtungen b8 verchromter wasserhahn aus messing b7 feuerverzinkte autokarosserie aus stahl

mit wasser eisenwolle trocken mit natriumchloridlösung wasser mit kaliumpermanganat angefärbt reagenzglas am stativ wasserstoffperoxid kohleelektrode graphitplatte eisenblech pappe natriumchloridlösung spannungsmessgerät elektrochemie 7.24 praktikum korrosion und korrosionsschutz v1 rosten von eisen geräte und chemikalien kristallisierschale reagenzgläser glasstab messzylinder ml folienschreiber eisenwolle entfettet kaliumpermanganat natriumchloridlösung natriumchlorid in ml wasser durchführung geben sie in drei nummerierte reagenzgläser gleiche portionen eisenwolle und drücken sie die eisenwolle jeweils mit dem glasstab zum boden des reagenzglases lassen sie die eisenwolle in reagenzglas unbehandelt feuchten sie die eisenwolle im reagenzglas mit ml wasser und im reagenzglas mit ml natriumchloridlösung an füllen sie die kristallisierschale zu zwei dritteln mit wasser und lösen sie zwei kristalle kalium permanganat darin auf zum färben des wassers befestigen sie die reagenz gläser mit den öffnungen nach unten so an einem stativ dass sich alle drei mündungen auf gleicher höhe unter der wasserober fläche befinden b1 aufgaben kontrollieren sie die wasserstände und das aussehen der eisenwolle nach einigen stunden oder nach einem tag deuten sie die beobachtungen v2 eisen-sauerstoff-element rostbatterie geräte und chemikalien eisenblech kohleelektrode graphitplatte becherglas ml spannungsmessgerät mit hohem innenwiderstand kleinelektromotor verbindungs leitun gen krokodil klemmen schmirgelpapier pappe reagenzgläser tropfpipetten natriumchloridlösung cnacl mol/l wasserstoffper oxidlösung perhydrol in einer tropf flasche wkalium-hexacyanidoferrat(iii)-lösung wfe(cn alkoholische phenolphthalein lösung durchführung schmirgeln sie das eisenblech blank füllen sie das becherglas zu drei vierteln mit der natriumchloridlösung tauchen sie das eisenblech und die kohle elektrode so in die lösung dass sie sich nicht berühren setzen sie zwischen beide elektroden ein stück pappe verbinden sie das eisenblech mit dem minuspol und die kohle elektrode mit dem pluspol des spannungsmessgeräts b2 messen sie nach etwa minuten die spannung messbereich tropfen sie in die nähe der kohle elektrode etwas wasserstoffperoxidlösung und ersetzen sie das spannungsmessgerät durch den elektromotor wasserstoffperoxid wird an graphit katalytisch in wasser und sauerstoff zersetzt verbinden sie beide elektroden direkt mit einem kabel entnehmen sie nach etwa minuten jeweils aus der nähe der elektroden eine probe der elektrolytlösung versetzen sie diese mit kalium-hexacyanidoferrat(iii)lösung bzw mit phenolphthaleinlösung aufgabe formulieren sie die teilgleichungen für die an den elektroden ablaufenden reak tionen hinweis kalium-hexacyanidoferrat(iii fe(cn rotes blutlaugensalz ist ein nachweisreagenz für fe 2+ -ionen die fe(cn 3– -ionen reagieren mit den fe 2+ -ionen zu einer blauen verbindung berliner blau b1 rosten von eisen b2 rostbatterie

nagel nagel nagel elektrochemie praktikum korrosion und korrosionsschutz v3 rostbildung unter einem salzwassertropfen geräte und chemikalien eisenblech schmirgel papier lupe putztuch aceton salz-indi katorlösung aus natriumchlorid kaliumhexacyanidoferrat(iii sowie tropfen phenol phtha leinlösung in ml wasser die salz-indikator-lösung wird auch für v4 und v5 benötigt durchführung bringen sie auf das blank ge schmirgelte und mit aceton gereinigte eisenblech einen großen tropfen der salzindikator-lösung aufgaben beobachten sie mit der lupe die veränderungen im tropfen formulieren sie teilgleichungen für die im tropfen ablaufenden reaktionen hinweis kalium-hexacyanidoferrat(iii weist fe 2+ -ionen nach siehe versuch v4 rostbildung an lokalelementen geräte und chemikalien petrischalen becherglas ml gasbrenner dreifuß draht netz tiegelzange pinzette glasstab schmirgelpapier putztuch aceton eisen nägel mm kupferdraht salz-indikatorlösung v3 agar-agar oder gelatine durchführung vorbehandlung der nägel nagel schmirgeln sie beide enden des nagels etwa cm blank und reinigen sie den nagel mit aceton nagel schmirgeln sie den nagel vollständig blank und reinigen sie ihn mit aceton erhitzen sie die spitze des nagels in der nicht leuchtenden brennerflamme bis zur bildung einer sichtbaren oxidschicht nagel schmirgeln sie den nagel vollständig blank und reinigen sie ihn mit aceton umwickeln sie den nagel in der mitte fest mit einem blanken kupferdraht etwa cm breit legen sie die nägel in je eine petrischale berührung mit den fingern vermeiden lösen sie im becherglas agar-agar oder gelatine in ml der salz-indikatorlösung unter langsamem erwärmen bis zum sieden auf rühren sie dabei ständig zur besseren langzeitbeobachtung wird die lösung mit agar-agar oder gelatine angedickt bzw es wird ein gel erhalten diese angedickte salz-indikator-lösung wird auch für v5 benötigt übergießen sie die nägel in den petrischalen mit der abgekühlten aber noch nicht erstarrten lösung bis sie vollständig bedeckt sind lassen sie die petrischalen einige stunden oder einen tag stehen aufgaben erklären sie ihre beobachtungen b3 die in der technik verwendeten metalle ent halten meist edlere metalle als ver unreinigungen beispielsweise enthält technisches zink eine geringe menge kupfer bei der reaktion von technischem zink mit verdünnter salzsäure kann man mit der zeit eine zunehmend heftigere wasserstoff entwicklung beobachten erläutern sie diesen sachverhalt erklären sie welche probleme auftreten können wenn einem zahn mit einer füllung aus silber amalgam legierung aus silber und queck silber ein zahn mit einer goldkrone gegenübersteht b3 lokalelemente durch mechanische bearbeitung nagel oxidbildung nagel kontakt unterschiedlicher metalle nagel

elektrochemie praktikum korrosion und korrosionsschutz v5 korrosionsschutz durch metallüberzüge geräte und chemikalien petrischalen becherglas ml bechergläser ml reagenzglas glasstab spannungsmessgerät verbindungsleitungen krokodilklemmen putztuch aceton eisennägel mm kohleelektroden salz-indikator-lösung v3 zinkchloridlösung czncl mol/l oder zinkspray kupfer(ii)-sulfat-lösung ccuso mol/l agar-agar oder gelatine durchführung reinigen sie zwei eisennägel mit aceton tauchen sie einen der nägel als kathode bis zur hälfte in zink chloridlösung ein 100-mlbecherglas und elektrolysieren sie gegen die kohleelektrode als anode bei etwa minuten lang b4 links alternativ können sie den eisennagel mit zinkspray verzinken tauchen sie den zweiten eisennagel als kathode vollständig in kupfer(ii)-sulfat-lösung ein 100-mlbecherglas krokodilklemme in der mitte des nagels anklemmen und elektro lysieren sie gegen die kohleelektrode als anode bei bis der nagel vollständig mit kupfer überzogen ist ritzen sie den verkupferten eisennagel in der mitte an sodass das eisen sichtbar wird legen sie die nägel in je eine petrischale berührung mit den fingern vermeiden über gießen sie die nägel mit der abgekühlten aber noch nicht erstarrten angedickten salz-indikator-lösung v4 bis sie vollständig bedeckt sind lassen sie die petrischalen einige stunden oder einen tag stehen aufgaben erklären sie ihre beobachtungen b4 konservendosen mit sauerkraut bestehen aus weißblech verzinntes stahlblech erläutern sie folgende sachverhalte verzinktes stahlblech wird nicht für konservendosen verwendet sauerkraut aus ein gedrückten dosen soll man nicht essen erklären sie den verlauf der sauerstoffkorrosion bei verzinktem eisen wenn der zinküberzug beschädigt wird v6 kathodischer korrosionsschutz geräte und chemikalien bechergläser ml schmirgelpapier putztuch aceton dünne eisenbleche magnesiumband natriumchloridlösung natriumchlorid in ml wasser durchführung schmirgeln sie zwei dünne eisenbleche völlig blank formen sie diese dann zu zwei kleinen schiffchen und reinigen sie die schiffchen mit aceton bringen sie an einem der schiffchen an der außenseite zwei große streifen blankes magnesiumband an achten sie auf einen guten kontakt der metalle füllen sie die bechergläser zur hälfte mit natriumchloridlösung setzen sie die schiffchen in die bechergläser und lassen sie das ganze einen tag stehen aufgaben erklären sie ihre beobachtungen warmwasserbereiter aus stahlblech ent halten im innenraum häufig einen magnesiumstab begründen sie diese maßnahme b4 galvanisches verzinken eines eisennagels links korrosion des halb verzinkten eisennagels mitte korrosion des verkupferten eisennagels an beschädigten stellen der kupferschicht rechts

elektrochemie 7.25 durchblick zusammenfassung und übung redoxreaktion reaktionen bei denen elektronenübergänge stattfinden werden als redoxreaktionen bezeichnet oxidation ist die abgabe reduktion die aufnahme von elektronen oxidationsmittel sind elektronenakzeptoren sie werden selbst reduziert reduktionsmittel sind elektronendonatoren und werden selbst oxidiert an jeder redoxreaktion sind zwei korrespondierende redoxpaare beteiligt galvanisches element galvanische zelle ein galvanisches element macht eine redoxreaktion als spannungsquelle nutzbar in ihm laufen eine oxidation und eine reduktion räumlich getrennt ab jedes galvanische element besteht aus zwei halbelementen halbzellen die anode ist der minuspol hier findet die oxidation statt die kathode ist der pluspol an ihr findet die reduktion statt standardpotential die spannung potentialdifferenz zwischen einem halbelement unter standardbedingungen und der standardwasserstoffelektrode nennt man standardpotential elektrochemische spannungsreihe redoxpaare können nach ihrem standardpotential in der elektrochemischen spannungsreihe angeordnet werden die oxidierte und die reduzierte form die anzahl der übertragenen elektronen und das standardpotential der redoxpaare werden darin aufgeführt daraus kann man die spannung potentialdifferenz zwischen zwei halbelementen berechnen e­e­kathode e­anode nernst-gleichung für die konzentrationsabhängigkeit des elektrodenpotentials eines redoxpaares ox red gilt bei °c red/ox e­red/ox 0,059 ­lg cox)} cred)} elektrolyse die in einem galvanischen element freiwillig ablaufenden redoxvorgänge lassen sich unter energiezufuhr umkehren bei der elektrolyse ist die anode der pluspol und die kathode der minuspol zersetzungsspannung um eine ständige abscheidung von elektrolyseprodukten zu erreichen ist eine mindestspannung nötig die zersetzungsspannung sind in einem system mehrere redoxsysteme nebeneinander vorhanden so werden zuerst die teilchen oxidiert bzw reduziert welche die kleinste differenz zwischen den abscheidungspotentialen ergeben es läuft demnach stets der gesamtvorgang mit der kleinsten zer setzungsspannung ab primärelement ein galvanisches element welches nicht wieder aufgeladen werden kann wird als primärelement bezeichnet alle einweg bat terien sind primärelemente sekundärelement bei akkumulatoren handelt es sich um galvani sche elemente deren reaktionen sich umkehren lassen ihnen kann somit wieder energie zugeführt werden sie werden als sekundärelemente bezeichnet korrosion reagiert die oberfläche eines werkstoffs eines metalls mit ihrer umgebung und wird dadurch zerstört handelt es sich um korrosion kontaktelement bei der korrosion an einem kontaktelement stehen verschiedene metalle direkt und über einen elektrolyten in verbindung sie bilden eine kurzgeschlossene galvanische zelle korrosionsschutz unedle metalle können mit einem edleren metall überzogen werden passiver korrosionsschutz eine weitere möglichkeit ist katho discher korrosionsschutz aktiver korrosionsschutz hier zersetzt sich statt des geschützen metalls ein anderes metall als opferanode

abitur-vorbereitung a1 das anlaufen von silber beruht auf der bildung von schwarzem silbersulfid ag ein angelaufener silberlöffel b1 lässt sich reinigen indem man ihn in aluminiumfolie wickelt und in heiße natriumcarbonatlösung legt erklären sie diesen vorgang anhand der entsprechenden redoxgleichung a2 ein galvanisches element besteht aus einem cu/cu 2+ und einem fe 2+ /fe 3+ -halbelement im einen der halbelemente ist die reduzierte form keine metallische elektrode überlegen sie wie sich trotzdem ein galvanisches element aufbauen lässt und fertigen sie dazu eine beschriftete skizze an a3 stellen sie zu den folgenden reak tionen die redoxgleichungen auf cro 2– -ionen chromat reagieren mit cl -ionen chlorid in saurer lösung zu chrom(iii)-ionen und chloriger säure hclo kupfer(ii)-hydroxid reagiert mit hydrazin zu elementarem stickstoff und kupfer a4 überlegen sie ob die folgenden reaktionen bei standardbedingungen stattfinden und begründen sie ihre antwort chlor oxidiert iodidionen zu iod silber reagiert mit salzsäure unter bildung von wasserstoff a5 in einer sauren lösung ph befinden sich permanganationen mangan(ii)ionen und bromidionen cmno cmn 2+ cbr mol/l ermitteln sie durch berechnung ob die bromid ionen von permanganationen zu brom molekülen oxidiert werden a6 kupfer eignet sich als werkstoff für niete da es gut verformbar ist beurteilen sie ob es sinnvoll ist eisenbleche mit kupfernieten zu verbinden a7 der ladezustand eines bleiakkumulators kann durch messung der dichte der batteriesäure bestimmt werden geben sie hierfür eine erklärung a8 bei einer silberoxid-zink-knopfzelle besteht die kathode aus silber(i)-oxid und die anode aus zinkpulver formulieren sie die elektrodenvorgänge beim entladen der knopfzelle und die gesamte redoxgleichung a9 rohkupfer wird durch elektrolytische raffination gereinigt dazu legt man eine gleichspannung an eine anode aus rohkupfer und eine kathode aus reinkupfer in einer schwefelsäurehaltigen kupfer(ii)-sulfatlösung formulieren sie die elektrodenvorgänge und stellen sie die gesamt gleichung auf a10 die folgenden vier versuche werden durchgeführt °c und 1013 hpa versuch wie in der abbildung b2 versuch das rechte halbelement wird ersetzt durch eine zinksulfatlösung zn 2+ mol/l in die eine zinkelektrode eintaucht versuch das rechte halbelement wird ersetzt durch natronlauge ph in die ein mit sauerstoff umspültes platinblech eintaucht versuch das rechte halbelement wird ersetzt durch eine lösung von eisen(ii)-chlorid und eisen(iii)chlorid fe 2+ mol/l fe 3+ 0,01 mol/l in die eine platinelektrode eintaucht 10.1 formulieren sie für alle versuche die teilgleichungen der reduktion bzw oxidation geben sie an wo sich der plusund der minuspol befindet 10.2 stellen sie für die fünf verwendeten halb elemente die nernst-gleichung auf 10.3 berechnen sie die spannungen der vier galvanischen elemente standardpotentiale anhang wasserstoff druckgasflasche gaseinleitungsrohr platinelektrode platiniert udiaphragma salzsäure ph kupfer(ii)-sulfat-lösung mol/l kupfer spannungsmessgerät b2 versuchsaufbau zu a10 elektrochemie durchblick zusammenfassung und übung b1 beim anlaufen von silber bildet sich ein überzug aus silbersulfid zu a1

bildquellenverzeichnis u1.1 getty images rf john foxx münchen u1.2 getty images richard dunkley münchen u1.3 focus andre geim kostya novoselov/ science photo library hamburg 219.1 219.2 klett-archiv stuttgart 219.3 klett-archiv fabian silberzahn stuttgart 219.4 foto search stock photography brand pictures waukesha wi 219.5 picture-alliance dpa/maurizio gambarini frankfurt 219.6 picture press charles mahaux/tips hamburg 220.1 panthermedia gmbh karel noppe münchen 220.2 cc-by-sa-3.0 by luigi chiesa/cc-by-sa-3.0 siehe *3 220.3 www.pd-f.de www.flyer.ch göttingen 220.4 istockphoto code6d calgary alberta 221.5 mario kienberger fotografie e.u st oswald/fr 221.6 conrad höllerer stuttgart 222.1 223.4 223.5 223.6 klettarchiv stuttgart 225.2 klett-archiv edgar brückl stuttgart 227.2 klettarchiv zuckerfabrik digital stuttgart 228.1 229.1 klett-archiv stuttgart 229.3 klett-archiv zuckerfabrik digital stuttgart 231.6 akg-images berlin 232.2 phywe systeme gmbh co kg göttingen 235.6 klett-archiv normal design gbr stuttgart 237.2 deutsches museum münchen 242.2 klettarchiv stuttgart 246.1 bridgeman images berlin 246.2 klett-archiv steffen rieger stuttgart 248.2 ulrike medenbach wissenschaftliche fotografie witten 248.3 getty images coelho münchen 249.1 mauritius images photolibrary mittenwald 249.3 helga lade fotoagentur h.r bramaz frankfurt 250.1 focus tim vernon lth nhs trust/spl hamburg 250.2 klett-archiv normal design gbr stuttgart 251.7 klettarchiv bettina sommer stuttgart 252.2 klett-archiv zuckerfabrik digital stuttgart 253.2 klett-archiv stuttgart 254.4 fotolia.com coprid new york 254.5 klett-archiv bettina sommer stuttgart 255.9 panthermedia gmbh tobias eble münchen 256.1 alamy images michael klinec abingdon oxon 257.4 andreas marek 258.2 heliocentris energiesysteme gmbh berlin 259.3 panthermedia gmbh katrin figge münchen 260.1 alfred tompert stuttgart 261.1 links creativ collection verlag gmbh freiburg 261.1 rechts helga lade fotoagentur rose frankfurt 261.2 klett-archiv zuckerfabrik digital stuttgart 263.5 umicore galvanotechnik gmbh schwäbisch gmünd 263.7 daimler ag stuttgart 263.8 vario images charrondiere bonn 265.3 266.4 klett-archiv zuckerfabrik digital stuttgart 268.1 elfriede könig fellbach sollte es in einem einzelfall nicht gelungen sein den korrekten rechteinhaber ausfindig zu machen so werden berechtigte ansprüche selbstverständlich im rahmen der üblichen regelungen abgegolten

24,3050 mg magnesium 7,65 22,989770 na natrium 5,14 178,49 hf hafnium 267,122 rf rutherfordium 91,224 zr zirconium 6,84 40,078 ca calcium 6,11 39,0983 kalium 4,34 87,62 sr strontium 5,69 85,4678 rb rubidium 4,18 47,867 ti titan 6,82 44,955910 sc scandium 6,54 88,90585 yttrium 6,38 51,9961 cr chrom 6,77 50,9415 vanadium 6,74 95,94 mo molybdän 7,10 92,90638 nb niob 6,88 12,0107 kohlenstoff 11,26 55,845 fe eisen 7,87 54,938049 mn mangan 7,44 101,07 ru ruthenium 7,37 97,9072 tc technetium 7,28 58,933200 co cobalt 7,86 102,90550 rh rhodium 7,46 140,116 ce cer 5,47 140,90765 pr praseodym 5,42 138,9055 la lanthan 5,58 144,9127 pm promethium 5,55 144,24 nd neodym 5,49 151,964 eu europium 5,67 150,36 sm samarium 5,64 237,0482 np neptunium 6,19 244,0642 pu plutonium 6,06 231,03588 pa protactinium 5,89 232,0381 th thorium 6,95 227,0278 ac actinium 238,02891 uran 6,08 243,0614 am americium 5,99 183,84 wolfram 7,98 180,9479 ta tantal 7,89 271,133 sg seaborgium 268,125 db dubnium 132,90545 cs caesium 3,89 223,0197 fr francium 137,327 ba barium 5,21 226,0254 ra radium 5,28 190,23 os osmium 186,207 re rhenium 7,88 270,1347 hs hassium bh bohrium 192,217 ir iridium mt meitnerium 6,941 li lithium 5,39 1,00794 wasserstoff 13,60 9,012182 be beryllium 9,32 atommasse in *atommasse des langlebigsten isotops ordnungszahl erste ionisierungsenergie in ev 57–71 89–103 lanthanoide actinoide periodensystem der elemente atomsymbol elementname elektronegativität nach pauling lanthanoide actinoide metalle halbmetalle nichtmetalle chemische eigenschaften unbekannt hauptgruppen perioden øø øøø øø øøø 8/9/10 nebengruppen

32,065 schwefel 10,36 12,0107 kohlenstoff 11,26 10,811 bor 8,30 28,0855 si silicium 8,15 72,64 ge germanium 7,90 74,92160 as arsen 9,81 121,760 sb antimon 8,64 127,60 te tellur 9,01 209,9862 at astat 78,96 se selen 9,75 26,981538 al aluminium 5,98 69,723 ga gallium 114,818 in indium 5,78 118,710 sn zinn 7,34 204,3833 tl thallium 6,11 207,2 pb blei 7,41 208,98038 bi bismut 7,29 208,9824 po polonium 8,42 15,9994 sauerstoff 13,62 14,0067 stickstoff 14,53 30,973761 phosphor 10,48 20,1797 ne neon 21,56 4,002602 he helium 24,58 18,9984032 fluor 17,42 39,948 ar argon 15,76 35,453 cl chlor 12,97 83,798 kr krypton 14,0 79,904 br brom 11,81 131,293 xe xenon 12,13 222,0176 rn radon 10,75 126,90447 iod 10,45 58,6934 ni nickel 7,63 106,42 pd palladium 8,34 65,409 zn zink 9,39 63,546 cu kupfer 7,73 112,411 cd cadmium 8,99 107,8682 ag silber 7,57 158,92534 tb terbium 5,85 157,25 gd gadolinium 6,14 164,93032 ho holmium 6,02 162,50 dy dysprosium 5,93 168,93421 tm thulium 6,18 167,259 er erbium 6,10 173,04 yb ytterbium 6,254 247,0704 cm curium 6,02 251,0796 cf californium 6,30 247,0703 bk berkelium 6,23 257,0951 fm fermium 6,50 252,0830 es einsteinium 6,42 259,1010 no nobelium 6,65 258,0984 md mendelevium 6,58 262,1096 lr lawrencium 174,967 lu lutetium 5,426 195,078 pt platin 200,59 hg quecksilber 10,4 196,96655 au gold 9,22 281,162 ds darmstadtium 285,174 cn copernicium rg roentgenium fl flerovium lv livermorium hauptgruppen øøø øø øøø øø

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