3 Das chemische Gleichgewicht

(1)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.7 Gleichgewichte von Salzen, Säuren und Basen

Säure-Base-Indikatoren

(2)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Antoine Laurent Lavoisier (27.08.1743 - 08.05.1794)

(3)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Oxidation, Reduktion

Oxidation

(4)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Oxidation

(5)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Oxidation

Reduktion

(6)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Reduktion

(7)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Reduktion

(8)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Reduktion

(9)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Oxidation, Reduktion

(10)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(11)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(12)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(13)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(14)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

allgemein:

(15)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(16)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(17)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(18)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(19)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(20)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(21)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Beispiel für eine unmögliche Reaktion:

(22)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen Beispiel

(23)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

1. Auffinden der Oxidationszahlen der oxidierten und der reduzierten Form

(24)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

1. Auffinden der Oxidationszahlen der oxidierten und der reduzierten Form

2. Differenz der Oxidationszahlen ergibt die Zahl der übertragenen Elektronen.

(25)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

3. Prüfung der Elektroneutralität

(26)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

3. Prüfung der Elektroneutralität

4. Stoffbilanz

(27)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

5. Kombination beider Redoxsysteme ergibt:

(28)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Galvanische Elemente

(29)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(30)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(31)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(32)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(33)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Daniell-Element

(34)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Daniell-Element

(35)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(36)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(37)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(38)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Die Spannung eines galvanischen Elementes wird EMK, elektro-

motorische Kraft genannt. Aufgrund dieser EMK kann das galvanische Element elektrische Arbeit leisten.

(39)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(40)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(41)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung Walther Herrmann Nernst

(1864 - 1941)

dt. Physiker und Physikochemiker

(42)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

(43)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

R = universelle Gaskonstante T = Temperatur

F = Faraday-Konstante (96487 As/mol)

z = Zahl der bei einem Redoxsystem auftretenden Elektronen

(44)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(45)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

E° = Normalpotential oder Standarpotential

(46)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(47)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(48)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(49)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

(50)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(51)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(52)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Bei Zugabe von Chloridionen zu einem Ag/Ag⁺ - Halbelement wird aufgrund der Bildung des schwerlöslichen AgCl das Potential von [Cl^-] bestimmt. Allgemein werden solche Elektroden Elektroden zweiter Art genannt.

(53)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(54)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(55)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(56)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Kalomel-Elektrode

Quecksilber, das mit festem Hg₂Cl₂ (Kalomel) bedeckt ist. Elektrolyt besteht aus KCl-Lösung bekannter Konzentration, die mit Hg₂Cl₂

gesättigt ist. In das Quecksilber taucht ein als elektrische Zuleitung dienender Platindraht.

(57)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Die Standardwasserstoffelektrode

(58)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(59)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(60)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(61)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(62)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(63)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Standardpotentiale sind Relativwerte bezogen auf die Standardwasser- stoffelektrode, deren Standardpotential willkürlich null gesetzt wurde.

(64)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(65)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(66)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Die elektrochemische Spannungsreihe

(67)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(68)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Die elektrochemische Spannungreihe

(69)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Die elektro- chemische Spannung- reihe

(70)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(71)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(72)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

(73)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(74)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(75)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Metalle wie Zink oder Eisen bezeichnet man als unedle Metalle, da sie ein positives Potential besitzen, in der Spannungsreihe daher oberhalb Wasserstoff stehen und sich in Säuren unter H₂-Entwicklung lösen.

(76)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Metalle wie Zink oder Eisen bezeichnet man als unedle Metalle, da sie ein positives Potential besitzen, in der Spannungsreihe daher oberhalb Wasserstoff stehen und sich in Säuren unter H₂-Entwicklung lösen.

Metalle wie Cu, Ag oder Au tun dies nicht, stehen unterhalb Wasser- stoff und werden als edle Metalle bezeichnet.

(77)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(78)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(79)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(80)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Einige Metalle besitzen Standardpotentiale niedriger als -0,41 V,

reagieren aber aufgrund einer schützenden Oxid- oder Hydroxidschicht nicht mit Wasser (Passivität).

(81)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Einige Metalle besitzen Standardpotentiale niedriger als -0,41 V,

reagieren aber aufgrund einer schützenden Oxid- oder Hydroxidschicht nicht mit Wasser (Passivität).

z.B. Aluminium E°_Al = -1,7 V

(82)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser / pH - Abhängigkeit von Potentialen

z.B. Aluminium E°_Al = -1,7 V

Bei z.B. pH = 13 erfolgt Auflösung der Schutzschicht unter Komplex- bildung. Das Redoxpotential H₃O⁺/H₂ beträgt hier E_H = -0,77 V

 Auflösung des Al unter H₂ - Entwicklung

(83)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Die elektrochemische Spannungsreihe pH - Abhängigkeit von Potentialen

(84)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(85)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(86)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(87)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(88)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(89)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Mit Salpetersäure (pH = 0) können daher Ag und Hg aufgelöst werden, mit einer neutalen Nitratlösung nicht.

(90)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Abhängigkeit der Potentiale von Komplexbildung - Aluminatbildung (s. Passivität)

(91)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Abhängigkeit der Potentiale von Komplexbildung - Aluminatbildung (s. Passivität)

- Au³⁺ - Ionen bilden in Gegenwart von Cl^- - Ionen [AuCl4]^- - Komplexionen.

Dadurch wird die Au³⁺ - Konzentration beeinflußt und hierdurch wiederum das Au/Au³⁺ - Potential erniedrigt.

(92)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Redoxpotentiale erlauben eine Voraussage, ob ein Redoxprozeß überhaupt möglich ist, nicht aber,

ob er auch tatsächlich abläuft!

(93)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

(94)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(95)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(96)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(97)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Je größer die Differenz der Standardpotentiale ist, umso weiter liegt das Gleichgewicht auf einer Seite.

(98)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(99)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(100)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

(101)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Bei einer Differenz der Standardpotentiale erhält man für K:

K = 10¹⁰.

(102)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Redoxvorgänge, die nicht freiwillig ablaufen, können durch Zuführung einer elektrischen Arbeit erzwungen werden. Dies geschieht bei der Elektrolyse.

(103)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(104)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(105)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(106)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Damit eine Elektrolyse ablaufen kann, muß die angelegte Gleichspan- nung mindestens so groß sein wie die Spannung, die das galvanische Element liefert.

(107)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Diese für eine Elektrolyse benötigte Zersetzungsspannung kann aus den Differenzen der Redoxpotentiale berechnet werden.

(108)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Diese für eine Elektrolyse benötigte Zersetzungsspannung kann aus den Differenzen der Redoxpotentiale berechnet werden.

In der Praxis treten z.B. wegen der Überwindung des Zellwiderstandes Spannungserhöhungen (Überspannungen) auf, die einen größeren Wert für die tatsächliche Zersetzungsspannung hervorrufen.

(109)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(110)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(111)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(112)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(113)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(114)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(115)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(116)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Elektrolysiert man eine wäßrige Lösung , die verschiedene Ionensorten enthält, so scheiden sich mit wachsender Spannung die einzelnen

Ionensorten nacheinander ab.

(117)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

An der Kathode wird zuerst die Kationensorte mit dem positivsten Potential entladen. Je edler ein Metall ist, umso leichter sind seine Ionen reduzierbar.

(118)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

An der Kathode wird zuerst die Kationensorte mit dem positivsten Potential entladen. Je edler ein Metall ist, umso leichter sind seine Ionen reduzierbar.

An der Anode werden zuerst diejenigen Ionen oxidiert, die die negativsten Redoxpotentiale haben.

(119)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse

(120)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(121)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

(122)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse Amalgamverfahren

(123)

3 Das chemische Gleichgewicht

3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse Amalgamverfahren