Elektrolyse

Als Elektrolyse bezeichnet man einen chemischen Vorgang, bei dem ein elektrischer Strom aufgrund einer Redoxreaktion erzwungen wird. Sie wird oft im Bereich der Metallherstellung verwendet und dient als Hilfe zur Herstellung von Stoffen, welche sich rein chemisch nur durch sehr teuren Aufwand produzieren lassen. Für eine Elektrolyse wird eine Gleichspannungsquelle benötigt und den entsprechenden Strom für die Reaktion, als chemische Energie, liefert.

Wie funktioniert eine Elektrolyse?

Bei der Elektrlyse wird quasi die Stromerzeugung erzwungen

Bei der Elektrlyse wird quasi die Stromerzeugung erzwungen

Das Prinzip der Elektrolyse ist an sich ganz einfach. Es wird eine Gleichspannungsquelle benötigt, damit der Strom durch zwei Elektroden und durch eine leitende Flüssigkeit, dem Elektrolyt, geleitet werden kann. Die Spannung, die dabei entsteht, lässt an der einen Elektrode einen Elektronenmangel entstehen. Dadurch ist diese Seite positiv geladen. Hier spricht man von der sogenannten “Anode”. An der anderen Elektrode entsteht durch diese Spannung ein Überschuss an Elektronen. Dies führt dazu, dass diese Seite negativ geladen ist. Dies ist die sogenannte “Kathode”. Im Elektrolyt befinden sich Ionen. Die Kationen, positiv geladen, nehmen an der Kathode nun Elektronen auf und werden dadurch reduziert. Die Anionen, welche negativ geladen sind, geben ihre Elektronen an der Anode ab und werden so oxidiert. Das Verhältnis der Kationen die Elektronen aufnehmen und der Anionen, welche Elektronen abgeben, ist gleich.

Damit es überhaupt zu einer Elektrolyse kommt, muss dem System eine gewisse Spannung zugeführt werden. Die ist je nach verwendetem Stoff verschiedene. Diese Mindestspannung nennt man “Zersetzungsspannung”. Durch diesen Prozess, können Metalle hergestellt werden, da sich die entsprechenden, in der Lösung befindlichen, Ionen reduzieren und oxidieren lassen, das heißt, dass sich an den entsprechenden Elektroden reines Metall bilden kann.

Anwendungsbeispiele der Elektrolyse

Auf diese Art und Weise lässt sich zum Beispiel auch elementares Chlor herstellen. Liegt das Chlor vorher gelöst in dem Elektrolyt vor, so werden die Anionen an der Anode oxidiert und es entsteht elementares Chlor. Ein sehr bekanntes Anwendungsbeispiel ist in diesem Bereich die Chloralkali-Elektrolyse. Hierbei lassen sich elementares Chlor, Wasserstoff, Natronlauge und Natriumchlorid erzeugen. Dafür löst man Steinsalz, welches zum Großteil aus Natriumchlorid besteht, in Wasser. In dieser Lösung entstehen dann Na+ und Cl-Ionen und Dissoziationsprodukte des Wassers, nämlich OH- und H3O+ Ionen. Bei angelegter Spannung entladen sich nur die Ionen, die die geringste Zersetzungsspannung benötigen. Je nach Wahl der Elektroden sind das meistens die Chlorid- und die Oxoniumionen. In der Lösung bleiben Natrium- und Hydroxidionen übrig, aus denen sich eine alkalische Natronlauge bildet.

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