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Transkript Elektrolyse einer Schmelze

Herzlich willkommen zum Thema Elektrolyse. In diesem Video geht es, wie der Name auch schon sagt, darum einen Überblick zum Thema Elektrolyse zu bekommen und wir beginnen einfach mal damit, indem wir das Wort Elektrolyse ein bisschen analysieren. Es besteht im Wesentlichen aus 2 Teilen, hier vorne Elektro, schön in blau gehalten und das deutet im Grunde genommen darauf hin, dass hier irgendwo Strom im Spiel ist. Der 2. Teil ist lyse, leitet sich im Wesentlichen vom Griechischen ab und wird dann mit Lösung übersetzt. Für uns treffender ist die Übersetzung Zerfall oder auch Zersetzung. Man kennt es vielleicht auch schon von Worten wie Hydrolyse, also wenn z.B. ein Salz in Wasser gegeben wird und dort dissoziiert. Wie gesagt, hier Elektro, bedeutet Strom und hier zerfällt irgendetwas. Da sind wir auch schon beim Sinn dieser Elektrolyse. Es geht eigentlich darum, dass man irgendwelche Zerfallsprodukte erzeugt, aus irgendwelchen Stoffen, die relativ günstig zu bekommen sind. Also, dass man aus irgendwelchen Stoffen die in der Natur vorkommen, durch dieses Verfahren einzelne Stoffe erzeugt, die so in der Natur nicht vorkommen, die man aber benötigt. Wir schauen uns einfach mal das Beispiel der Elektrolyse einer Natriumchloridschmelze an. Im Grunde eine Kochsalzschmelze. Schmelze bedeutet, dass das Kochsalz geschmolzen ist. Hier sieht man eine sogenannte Elektrolysezelle. Hier oben sehen wir eine Gleichstromquelle. Ich hatte ja gesagt, da ist Strom im Spiel. Diese Gleichstromquelle pumpt im Wesentlichen hier Elektronen in die sogenannte Kathode. Das erkläre ich später noch. Im Gegenzug werden hier irgendwelche Elektronen abgezogen und das ist dann die Anode. Wichtig ist, hier ist sozusagen ein Kreislauf. Hier in der Mitte können sich Ladungsträger, diese geschmolzenen und dissoziierten Natriumchloridionen bewegen und diese sorgen für den Ladungstransport in dieser Elektrolysezelle. Schauen wir uns das Ganze nochmal genauer an. Hier die Gleichstromquelle, sie pumpt Elektronen in diese Kathode, die Kathode lädt sich dadurch natürlich negativ auf. Hier werden Elektronen hineingepumpt, das bedeutet, wir haben hier einen Elektronenüberschuss. Also das sind relativ viele Elektronen, die hier irgendwo sind und das kann man verdeutlichen, indem ich ein paar blaue Punkte aufzeichne. Wichtig ist, das Ding lädt sich negativ auf. Wenn hier etwas hineingepumpt wird, muss irgendwo anders etwas abgezogen werden. Denn Strom oder ein Stromfluss ist immer ein Kreislauf, und wenn hier Elektronen abgezogen werden, bedeutet es, dass diese Elektrode positiv aufgeladen ist. Wie gesagt, das Ding heißt Anode. Hier in der Mitte ist nun die Natriumchloridschmelze, nicht zu verwechseln mit einer Natriumchloridlösung. Sonst würde das Ganze nicht mehr funktionieren. Hier ist wirklich Natriumchlorid geschmolzen, hat einen relativ hohen Schmelzpunkt, rein bei 800°C, das wird dann technisch ein bisschen anders gemacht. Das ist aber im Wesentlichen egal. Hier sind hauptsächlich Natriumkationen und Chloridanionen vorhanden. Was passiert nun, wenn diese Gleichstromquelle angeschlossen ist und die Elektronen sich entsprechend aufladen oder aufgeladen werden? Es wird natürlich dazu kommen, dass diese Ionen, die hier existieren, auch elektrostatischen Anziehungskräften unterliegen. Das bedeutet einfach nur, das Ding ist negativ aufgeladen und wenn hier negative Ladung existiert, dann werden natürlich die Kationen angezogen. Das bedeutet, diese Natriumkationen, die sich hier befinden, werden sich in Richtung Kathode bewegen. Das ist der Grund, warum diese Elektrode Kathode heißt. Also, bei der Elektrolyse heißt diese Elektrode Kathode, die die Kationen anzieht. Das ist wichtig in diesem Fall. Auf der anderen Seite natürlich genau das Gegenteil. Wir haben hier den Elektronenmangel, also eine positive Ladung und hier werden die Chloridanionen zur Anode angezogen. Auch hier wieder dasselbe, es handelt sich um Chloridanionen und demzufolge ist diese Elektrode die Anode. Also schreiben wir uns als 1. Erkenntnis auf, der positive Pol, die positiv geladene Elektrode ist bei der Elektrolyse die Anode. Aus dem Grund, weil sie Anionen anzieht. Das ist sozusagen die Faustregel. Es gibt auch noch eine galvanische Zelle, da ist es komplett anders herum. Da sind die Bezeichnungen vertauscht. Bei der Elektrolyse kann man sich merken, man möchte irgendwelche Ionen voneinander trennen. Interessant sind dann wirklich die Ionen, die man auf eine gewisse Seite bekommen möchte. Da eben diese Elektrolyte, also Ionen, im Vordergrund stehen, werden auch die Elektroden nach den entsprechenden Ionen benannt. Also Anode - Anionen, und um es zu vervollständigen, die negativ geladene Elektrode ist die Kathode. Zur Vollständigkeit halber die Ergänzung, die Kathode zieht die Kationen an. Jetzt haben wir uns den Aufbau und die wesentlichen Bezeichnungen dieser Elektrolysezelle angeschaut. Wir können nun fortfahren, dass wir den Prozess, der hier stattfindet, mal ein bisschen genauer beschreiben. Wie schon am Anfang gesagt, ist das Ziel die Natriumkationen von den Chloridanionen zu trennen, um aus relativ günstigem Kochsalz, was ja auch im Meerwasser existiert, elementares Natrium und elementares Chlorgas zu bekommen. Also 2 Reinstoffe, die in irgendeiner Synthese oder was weiß ich weiter verwendet werden und zu höherwertigen Produkten weiterverarbeitet werden. Schauen wir uns im nächsten Schritt mal die Elektrodenprozesse an. Wir beginnen bei der negativ geladenen Elektrode, bei der Kathode. Wir betrachten den Kathodenprozess. Das ist ja auch logisch. Ich hatte gesagt, die ist negativ geladen und zieht dadurch die positiv geladenen Ionen an also die Kationen. Das sind in diesem Fall die Natriumkationen. Also läuft folgender Prozess ab, diese Natriumkationen werden nun hier angezogen, die bekommen entsprechende Elektronen, weil sich die auch gegenseitig anziehen. Da läuft insgesamt eine Redoxreaktion ab. Dieses Natrium wird hier an der Kathode reduziert. Also können wir uns aufschreiben, hier läuft eine Reduktion ab. Das ist die Reduktion von Natrium (Na^+), was die Oxidationszahl 1 hat, zu elementarem Natrium also Na0. Die Oxidationszahl wird also von +1 auf 0 reduziert, hier läuft eine Reduktion ab und das ist im Grunde der Kathodenprozess. Dann schreibe ich die Reduktion mit einem R hier davor. Das R bedeutet Reduktion. Wir gehen dann zur anderen Elektrode, das ist die Anode und wir schauen uns den Anodenprozess an. Hier werden die Chloridanionen angezogen, diese Chloridanionen geben hier Elektronen ab. Die Elektrode ist ja positiv geladen und ist sozusagen auf der Suche nach Elektronen. Die Chloridionen sind in der Lage, diese Ionen abzugeben die Chloridionen werden in diesem Fall auf jeden Fall oxidiert. Also die Oxidationszahl erhöht sich von -1 in diesem Fall auf 0. Es geht ja darum, dass wieder elementare Stoffe entstehen. Also Cl^- wird reagieren zu Cl0 und es gibt auf diesem Weg ein Elektron ab. Dieses Elektron sieht man hier im Kreislauf, es wandert weiter und durchläuft den Kreislauf. Um das Ganze komplett zu machen, Chloridanionen werden oxidiert, hier läuft an der Anode eine Oxidation ab und das wird durch das O in rot kenntlich. Jetzt noch eine kleine Ergänzung, man könnte meinen wir sind schon fertig, wir haben ja schon fast elementares Chlor und elementares Natrium. Aber in diesem fast beim elementaren Chlor steckt der Fehler. Elementares Chlor kommt ja als Cl2 Verbindung vor, das bedeutet, hier werden sich die theoretisch gebildeten Atome nochmal zusammenfügen, eben indem 2Cl0 zu Cl2 reagieren. Hier wird im Grunde elementares Chlorgas gebildet. Das macht sich dadurch kenntlich, indem hier an der Anode Chlor aufsteigt. Das Chlor, das hier gebildet wird, steigt auf und das Natrium, das hier elementar gebildet wird, haftet an dieser Elektrode. Wir haben die Stoffe dann getrennt. Jetzt haben wir die Reduktion betrachtet und die Oxidation betrachtet. Zum Abschluss kommt, dass wir diese beiden Teilprozesse zum Gesamtprozess zusammenführen. Also wir betrachten die Gesamtreaktion. Wir hatten ja Na^++e^- reagiert zu Na0 und Cl^- reagiert zu Cl0 plus das entsprechende Elektron. Ich fasse mal den Schritt zusammen. Wir hatten ja 2 von diesen theoretischen Chloratomen, um einmal Cl2 zu bilden, ich fasse zusammen: 2Cl^- bilden gleich das elementare Chlorgas. Dabei werden auch 2 Elektronen abgegeben. Jetzt müssen wir diese Gleichung noch ganz fix ausgleichen. Wir möchten ja, dass sich wie bei allen Redoxreaktionen die übertragenen Elektronen gegenseitig aufheben. Also, dass das, was irgendwo hineingesteckt wird, auf der anderen Seite auch verbraucht wird. Wir haben hier 1 Elektron, hier 2 Elektronen das bedeutet, wir erweitern diese Gleichung hier oben, also den Kathodenprozess einfach mit 2. Dann steht  da 2 Natriumkationen + 2 Elektronen reagiert zu 2 Mal elementarem Natrium. Jetzt kann man die Reaktion zusammenfassen, wir können die Elektronen hier streichen, das sieht wie bei einer mathematischen Gleichung aus. Dann steht da 2Na^++2Cl^- reagiert zu 2Na0+Cl2. Nochmal anders ausgedrückt, wenn man das Ganze auf ein Mol beziehen möchte, steht da 2Mol-Natriumkation reagieren mit 2Mol-Chloridanionen zu 2Mol-Elementarem Natrium und 1Mol-Chlorgas. 1Mol deshalb, weil das Chlorgas als Cl2 vorkommt. Das sollte es als Einstiegsvideo zur Elektrolyse erstmal gewesen sein, auf Wiedersehen.

Informationen zum Video
11 Kommentare
  1. Default

    Tolles Video! War sehr hilfreich!

    Von Aefflepferdle, vor 10 Tagen
  2. Default

    Sehr gutes Video. Hat mir sehr geholfen. Woher weiß ich denn welcher Stoff als doppelte Veebindung vorkommt also wie das CL2?

    Von Assiandi, vor mehr als einem Jahr
  3. Bianka

    Hallo Klaus,

    Übungen zur Elektrochemie findest du einmal am Video:
    Elektrolyse- erzwungene Redoxreaktionen
    http://www.sofatutor.com/chemie/videos/elektrolyse-erzwungene-redoxreaktionen?topic=2038&back_button=1

    und am Video: Nernst-Gleichung und die Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotentials
    http://www.sofatutor.com/chemie/videos/nernst-gleichung-und-die-konzentrationsabhaengigkeit-des-elektrodenpotentials?topic=774&back_button=1

    Wir arbeiten gerade an den Übungen zu vielen Videos und werden dir bald auch mehr Übungen zur Elektrochemie anbieten können.
    Weiterhin viel Erfolg beim Lernen und viel Spaß an der Chemie!

    Von Bianca Blankschein, vor mehr als einem Jahr
  4. Default

    Wo gibt es Übungen dafür? ☺️

    Von Klaus Sihler, vor mehr als einem Jahr
  5. Default

    Danke!!! :)

    Von Lolakoller, vor fast 2 Jahren
  1. Default

    Vielen Dank für die Erklärung ist viel logischer als in meinem Buch

    Von Elenabergmueller, vor fast 2 Jahren
  2. Default

    Hat mir sehr geholfen.Danke

    Von Paul Krell98, vor mehr als 2 Jahren
  3. Default

    @Alexanwer

    Bitte zuhören (bzw. Video erstmal anschauen?) bevor hier sinnlos mit "Leider falsch" um sich geworfen wird!

    Es geht hier um eine Schmelze und keine wässrige Elektrolytlösung - das wird am Anfang und im Verlauf klar gesagt, ebenso, dass es in wässriger Lösung so nicht funktionieren würde!

    Von Alex S, vor mehr als 3 Jahren
  4. Default

    Leider falsch, Na+ ist ein schwer entladbares Ion und geht demzufolge keine Elektrodenreaktion ein, an der Kathode scheidet sich Wasserstoff ab und nicht Natrium

    Von Alexanwer, vor mehr als 3 Jahren
  5. Default

    Warum leitet eine Eisenstange den Strom, wenn Ionen nur im flüssigen Zustand beweglich sind?

    Von Clara L., vor fast 4 Jahren
  6. Foto%20am%2015.09.11%20um%2022.38

    Sehr gutes Video, vielen Dank.....

    Von Mirella C., vor fast 4 Jahren
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