Elektrodenreaktionen 09:54 min

Guten Tag und herzlich willkommen!

In diesem Video geht es um Elektrodenreaktionen. Das bedeutet, es geht um die Entladung der Ionen bei der Elektrolyse.

Um zu verstehen, worum es dabei geht, müssen wir den Begriff Elektrolyt klären. Ein Elektrolyt ist ein Stoff, der in wässriger Lösung Ionen liefert. Als Beispiel für einen Elektrolyt möchte ich die chemische Verbindung CuCl2 anführen. Das ist Kupfer(II)-chlorid, ein Salz. Dieses Salz, Kupfer(II)-chlorid, unterwirft sich in wässriger Lösung der Dissoziation. Dissoziation bedeutet Zerfall in Ionen unter dem Einfluss von Wasser. Wir wollen die Dissoziationsgleichung für Kupfer(II)-chlorid formulieren: CuCl2 dissoziiert in wässriger Lösung in 1 zweifach positiv geladenes Kupfer-Ion und in 2 einfach negativ geladene Chlorid-Ionen. Cu2+ ist das Kupfer-II-Ion. 2Cl- sind die beiden Chlorid-Ionen.

Kommen wir nun zur Elektrolyse, bei der die Elektrodenreaktionen stattfinden. Elektrolyse bedeutet Zersetzung des Elektrolyten unter der Einwirkung von Gleichstrom. Die Elektrolyse findet in einem Elektrolysebad in wässriger Lösung statt. Ich möchte hier nur eine schematische Darstellung präsentieren. Links habe ich die negative Elektrode abgebildet. Diese Elektrode wird auch als Katode bezeichnet. Auf der rechten Seite findet ihr die positive Elektrode. Diese Elektrode wird auch als Anode bezeichnet.

Als Elektrolyt verwenden wir wieder Kupfer(II)-chlorid. Kupfer(II)-chlorid CuCl2 dissoziiert in wässriger Lösung in 1 zweifach positiv geladenes Kuper-Ion Cu2+ und in 2 negativ geladene Chlorid-Ionen Cl-. Die positiv geladenen Ionen werden auch als Kationen bezeichnet. Sie wandern zur Katode. Die negativ geladenen Ionen werden auch als Anionen bezeichnet. Sie wandern zur Anode. Die beiden Elektrodenreaktionen finden an der Katode und an der Anode statt. Daher spricht man auch von Katodenreaktion und von Anodenreaktion. Bei diesen Reaktionen finden Entladungen statt. An der Katode nimmt das zweifach positiv geladene Kupfer-Ion 2 Elektronen auf und es bildet sich 1 neutrales Kupfer-Atom. Daher scheidet sich an der Katode elementares, hellrotes Kupfer ab. An der Anode geben die Anionen ihre Elektronen ab: 2 Chlorid-Ionen reagieren zu 2 Chlorid-Radikalen (ich habe sie mit Pünktchen versehen) und zu 2 Elektronen. 2 Chlor-Radikale, 2Cl mit Pünktchen, vereinigen sich zu 1 Chlor-Molekül Cl2. An der Anode wird elementares Chlor, ein grünes Gas, frei und strömt in die Luft.

Wir wollen nun noch ein anderes Beispiel für Elektrolyse betrachten. Nehmen wir zum Beispiel das Glaubersalz, Natriumsulfat Na2SO4. Dieses Salz dissoziiert in wässriger Lösung in 2 einfach positiv geladene Natrium-Ionen Na+ und in 1 zweifach negativ geladenes Sulfat-Ion SO42-. Unter dem Einfluss des Gleichstroms wandern die Ionen zu den entsprechenden Elektroden, die positiv geladenen Natrium-Ionen Na+ zur negativ geladenen Katode und die negativ geladenen Sulfat-Ionen SO42- zur positiv geladenen Anode.

So weit, so gut. Man beobachtet jetzt aber bei diesem Fall der Elektrolyse Bläschen sowohl an der Katode, als auch an der Anode. Es kommt somit hier zu einer Gasentwicklung an beiden Elektroden. Selbst wenn man nicht weiß, welche Stoffe sich nach der Entladung an den Elektroden bilden, so sollte man doch annehmen, dass aus Natrium-Ionen und Sulfat-Ionen sich keine gasförmigen Verbindungen bilden sollten.

Wie kann man das Phänomen der Gasentwicklung erklären? Dabei helfen uns die analytischen Chemiker. Sie können feststellen, dass sich an der Katode Wasserstoff abscheidet, während an der Anode Sauerstoff entsteht. Gibt es dafür eine Erklärung? Die Ursache für diese Erscheinung ist die Eigendissoziation des Wassers. Wasser dissoziiert in geringen Mengen in Wasserstoff-Ionen und Hydroxid-Ionen. H2O dissoziiert in wässriger Lösung in H+ und OH-. Das sind die Wasserstoff-Ionen und das sind die Hydroxid-Ionen.

Nun kommen wir zu den Elektrodenreaktionen. An der negativ geladenen Elektrode, der Katode, reagieren 2 positiv geladene Wasserstoff-Ionen mit 2 Elektronen zu 2 Wasserstoff-Atomen. Dieses sind Radikale, daher habe ich sie mit Pünktchen gezeichnet. 2 der Wasserstoff-Atome vereinigen sich zu 1 Wasserstoff-Molekül. Es entsteht elementarer Wasserstoff. Der gasförmige Wasserstoff wird an der negativen Elektrode, der Katode, frei. An der positiven Elektrode, der Anode, findet eine etwas kompliziertere Elektrodenreaktion statt: 4 Hydroxid-Ionen reagieren zu 2 Sauerstoff-Atomen und 2 Wassermolekülen. Die beiden Sauerstoffatome, O mit Pünktchen versehen, vereinigen sich zu einem Sauerstoffmolekül. Gasförmiger Sauerstoff wird an der positiven Elektrode, der Anode, frei.

Zum Abschluss möchte ich noch zwei kleine, kernige Nachsätzchen formulieren: Schwer entladbare Ionen wie Lithium+, Natrium+, Kalium+, Magnesium2+, Calcium2+, alles Kationen, und NO3- (Nitrat), SO42- (Sulfat) und PO43-, alles Anionen, gehen keine Elektrodenreaktionen ein. Stattdessen bilden sich Wasserstoff an der Katode und Sauerstoff an der Anode.

Das war es auch schon wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Auf Wiedersehen!