Elektrochemie, Redoxgleichgewichte
Vorlesung Allg. Chemie 1 Universität Bern Nach "Chemie"; Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, 10. Auflage, Thieme Verlag
Vorlesung Allg. Chemie 1 Universität Bern Nach "Chemie"; Charles E. Mortimer, Ulrich Müller, 10. Auflage, Thieme Verlag
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Lernkarten
Elektrochemie
Spontan oder extern induzierte Veränderung von Oxidationszuständen.
Oxidationszustand, Oxidationszahl
OZ beschreiben Ladungszustände, wenn zwei Elemente unterschiedlicher EN eine Reaktion unter Ladungstransfer e- eingehen.
höhere EN --> Akzeptor --> OZ < 0
niedrigere EN --> Donor --> OZ > 0
OZ(O) und OZ(F)
OZ(O) = - ll
OZ(F) = - l
Reduktive Elementgewinnung
Es wird von natürlich vorliegenden Verbindungen ausgegangen, bei Metallen v.a. Oxide (hart), Sulfide (weich)
Reduktion von M mit C
MO(s) + C(s) --> M(s) + CO(g)
dS°R > 0
dGR unter dem Einfluss des äusseren Potentials
dGR(T) = dG°R(T) - n F dE(T)
n: Anzahl übertragene Elektronen
dE: U[V] = [J/C] angelegte Potentialdifferenz
Faradaykonstante
F = 96.4853383(83) [kC/mol]
Potential dE mit dGR = 0
dE(T) = dG°R(T) / n F
dE = dE° - RT/nF ln Q
Nernst'sche Gleichung
dE(T) = dE° - ( R T / F n ) ln Q
dE = dE° - (2.303 RT / n F) lg Q
dE = dE° + (RT / Fn ) ln[Ox]/[Red]
Gleichgewichtskonstante
ln K = n F dE° / R T
Oxidation
Elektronenabgabe
Ein Stoff wird oxidiert, wenn er ein oder mehrere e- abgibt.
Reduktion
Elektronenaufnahme
Ein Stoff wird reduziert, wenn er ein oder mehrere e- aufnimmt.
Faraday-Gesetz
m = M / z * L / F
m: abgeschiedene Masse
M / z: molare Äquivalenzmasse
L = Elektrizitätsmenge
Freie Reaktionsenthalpie
dG = - n F dE
dG = dG° + R T lnQ = dG° + R T ln ax(X) * az(Z) / aa(A) * ae(E)
Aktivität
a(reiner Feststoff) = 1
a(Gas) = p(Gas) / 101,3 kPa
a(Flüssigkeit) = c(Flüssigkeit)
Gute Spender / Fresser
F2 + 2e- --> 2 F- E° = +2.87 V (Superfresser)
Li- + e- --> Li E° = -3.05 V (Superspender; Lithiumbatterien)
Aufbau galvanische Zelle
Chemisch passive oder aktive Elektroden
Lösung oder Paste einer gewissen Ionenstärke
Die Teilzellen sind durch einen Ionenleiter (flüssig oder fest) verbunden
Gelöste oder eingeleitete Stoffe die reduziert (Kathode), resp. oxidiert (Anode) werden
Notation galvanisches Element
AnodeILösung Anode(Konzentration)IILösung Kathode(Konzentration)IKathode
Korrisionsschutz
Passivierung: Reaktive Oberflächenbehandlung, welche eine kinetische Hemmschwele für den Fortgang einer Korrisionsreakiton darstellt. (Bsp. Aluminiumoxidschicht)
Aktivschutz: Durch Galvanisierung, d.h. Oberflächenschicht, welche keiner Korrision unterliegt (Bsp. verzinken von Eisen).
Opferelektrode: Ein geeignetes Metall wird mit dem zu schützenden Metall galvanisch verbunden, so dass sich mit der Zeit die Opferelektrode auflöst anstatt des anderens Metalls (Bsp. Verlegung Mg Draht entlang Ölleitung)
