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Transkript Elektrolyse – erzwungene Redoxreaktionen

Elektrolyse - erzwungene Redoxreaktion

Hallo! Damit sich Autos fortbewegen können, müssen sie regelmäßig betankt werden. Dafür gibt es fast überall Tankstellen. Da es aber bald keine fossilen Brennstoffe mehr zum betanken gibt, benötigen wir Menschen eine Alternative. Elektroautos können die Lösung sein. Damit man jedoch mit diesen Autos fahren kann, benötigt man einen guten Energiespeicher für den Strom im Auto, quasi ein Tank für Strom.

Batterien wie in einem ferngesteuerten Auto oder in der Fernbedienung helfen dabei nicht. Die müsste man ja nach jedem Verbrauch entsorgen. Die Lösung ist ein Akkumulator. Und wie ein ganz normales Auto kann dann auch das Elektroauto betankt werden, nur nicht mit fossilen Brennstoffen, sondern mit Strom. Das nennt man aufladen. Wie Akkumulatoren funktionieren, lernst du in diesem Video am Beispiel der Zinkbromid-Zelle.

Um einen Akkumulator also aufzuladen, muss eine Spannung angelegt werden. Das Elektroauto schließt man dazu einfach an eine Steckdose an. Im chemischen Sinne zwingen wir durch das Anlegen einer Spannung die chemsichen Komponenten dazu im Akkumulator eine Reaktion durchzuführen, die sie “freiwillig”, also unter Normalbedingungen, nicht tun würden.

Um es etwas zu verdeutlichen. Freiwillig rollt ein Ball den Berg nicht hinauf. Um den Ball nach oben zu bekommen, musst du Energie aufwenden, wie auch beim Aufladen des Akkumulators. Oben auf dem Berg rollt der Ball dann freiwillig den Berg wieder hinunter, wobei Energie frei wird. Das freiwillige Herunterrollen ist mit dem Entladen des Akkumulators zu vergleichen.

Zunächst also der Auflade-Prozess des Akkus: Chemisch wird dieser Prozess auch Elektrolyse genannt. Eine Elektrolyse schauen wir uns nun am Beispiel einer Zink-Bromid-Zelle an. Zwei Elektroden werden in eine wässrige Zinkbromid-Lösung gehalten. Nun wird eine Spannung angelegt.

Die Ionen der Lösung bewegen sich unter Gleichspannung in Richtung der entsprechenden Pole. Man spricht von Ionenwanderung. Kurze Zeit nach Anlegen der Spannung beobachtet man am Minuspol, der Kathode, eine deutliche Zinkabscheidung. Am Pluspol, der Anode, entsteht braunes gasförmiges Brom.

Aber was genau läuft an den Elektroden ab? Die Zink-zwei-plus- Kationen wandern zum Minuspol, die Bromid-Anionen wandern zum Pluspol. Es findet eine Redoxreaktion statt. Die positiven Zink-Ionen werden an der Kathode zu elementarem Zink reduziert und die Bromid-Ionen zu elementarem Brom oxidiert.

Nun kann der Akku entladen werden: Durch den angelegten Strom ist ein galvanisches Element entstanden, welches sich entlädt, wenn keine Spannung mehr zugefügt wird. Die Spannungsquelle wird entfernt und ein Verbraucher zwischen die Elektroden geschaltet. Das würde für das Elektroauto der strombetriebene Motor sein. Durch die zuvor durchgeführte Elektrolyse erhalten wir aus dem Akkumulator elektrische Energie beim Entladen und der Motor läuft eine kurze Zeit. Wir können eine Spannung von 1,83 V feststellen. Das entspricht in etwa der bei der Elektrolyse benötigten Spannung. Es fließt jetzt ein Strom, der dem Elektrolysestrom entgegengesetzt ist.

Auch an den Elektroden laufen nun die gegensätzlichen Reaktionen ab. Am Minuspol wird elemetares Zink oxidiert und Zink-Ionen gehen in Lösung. Am Pluspol wird nun das entstandene Brom wieder reduziert und Bromid-Ionen gehen in Lösung.

Die Anode ist immer, in der Elektrolysezelle und im Galvanischen Element, der Pol, an dem oxidiert wird. Die Kathode ist immer der Pol, an dem reduziert wird. Die Elektrolyse ist also die Umkehrung der in der Galvanischen Zelle freiwillig ablaufenden Reaktionen.

Elektrolysereaktionen sind also erzwungene Redoxreaktionen, die unter Einsatz von elektrischer Energie ablaufen. Unterbricht man die angelegte Spannung, läuft umgekehrt die galvanische Reaktion ab. Diese Umkehrbarkeit entspricht dem Prinzip eines Akkumulators: Die Elektrolyse entspricht dem Ladevorgang, die Funktion als Galvanisches Element dem Entladevorgang.

Du hast in diesem Video nun gelernt, dass sich Akkumulatoren ideal als Alternative für die herkömmlichen Motoren eignen. Das liegt daran, dass Akkumulatoren Energiespeicher sind, die durch das Anlegen einer Spannung wieder aufgeladen werden können. Das Aufladen entspricht dabei der Umkehrung des Galvanischen Elements. Durch die angelegte Spannung erfolgt eine Elektrolyse, also eine unfreiwillige Reaktion der chemischen Komponenten.

Wird nach der Elektrolyse ein Verbraucher an den Akkumulator angeschlossen, kann ein Großteil der zuvor hinzugefügten Energie der Elektrolyse wieder zurückgewonnen werden. So erfolgt die Speicherung von Energie in einem Akkumulator.

Tschüss und bis zum nächsten mal!

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6 Kommentare
  1. Ohne titel 1

    @Tarikgrad Da stimme ich zu :/

    Von Michael Z., vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    Video ist leider sehr unanschaulich & nicht ausreichend/logisch erklärt. André O. ist weitaus besser

    Von Tarikgrad, vor fast 2 Jahren
  3. Bianka

    Liebe Anna,
    nein das stimmt leider nicht immer. Die Vorzeichen haben nichts mit den Begriffen zu tun.
    Grundsätzlich wird immer an der Anode oxidiert und an der Kathode reduziert.
    1. Elektrolyse:
    Kathode ist Minuspol, weil positive Kationwn zu ihm wnadern und dort reduziert werden.
    Anode ist Pluspol, weil die negativen Anionen angezogen und oxidiert werden.
    2. galvanisches Element:
    Zink-Pol wird zur Anode, da dort oxidiert wird. Elektronen werden produziert, es ist also der Minuspol.
    Brom wird reduiert und so ist die Kathode hier der Pluspol.

    Ich hoffe, das hilft dir weiter.
    Viel Spaß bei der Chemie

    Von Bianca Blankschein, vor fast 2 Jahren
  4. Ipad 15871 animals tiger baby tiger

    stimmt das:
    Anode: plus
    Kathode: minus
    LG

    Von Anna H., vor fast 2 Jahren
  5. Bianka

    Hallo,
    üblicherweise sind bei der Zink-Brom-Zelle beide Elektrodenmaterialien möglich. Wenn du in der Schule einmal solch einen Akku experimentell darstellen wirst, dann sind die Elektroden wahrscheinlich aus Graphit. Außerdem wirst du dann auch eher mit Iod arbeiten und nicht mit Brom, da Brom toxisch ist. Die ablaufenden Reaktionen sind allerdings für Iod analog.
    Viel Freude auch weiterhin an der Chemie!

    Von Bianca Blankschein, vor fast 2 Jahren
  1. Klausur

    Aus was bestehen die Elektroden? Graphit oder Platin?

    Von Dave Mbach, vor fast 2 Jahren
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