Zn Cu (aq) +

Elektrochemie im Gleichgewicht

4 4

Zn CuSO (aq) + ⎯⎯ ← ⎯ → Cu ZnSO (aq) +

2 2

Zn Cu (aq) +

⎯⎯ ← ⎯ → Cu Zn (aq) +

Kupfersulfat wird zu Kupfer reduziert, Zink zu Zinksulfat oxidiert

Redoxreaktion - Zerlegung in zwei Halbreaktionen

Ox + ν e

Re d Cu (aq) 2e

+

Cu Zn (aq) 2e

+

Zn

0 R

G

Δ = − RTln K = − 212.5 kJ / mol

0 R

H

Δ = − 219 kJ / mol

2 2

Zn Cu (aq) +

⎯⎯ ← ⎯ → Cu Zn (aq) +

Man kann die Reaktion nutzen, um elektrische Arbeit zu erzeugen durch räumliche Trennung der Oxidations- und Reduktionsprozesse in einerGalvanischen Zelle

Sulfationen nehmen an der Reaktion nicht teil

Halbreaktion:

im Beispiel:

Kathode

Kathode (Kupfer) Anode

(Zink) E

Spannungsquelle 1.10 V

Stromanzeige 0.000 A

- ⁺

H

in

Standard-

wasserstoffelektrode

Pt H

out Standardwasserstoffelektrode

Quelle:

Engel/Reid

Elektrochemische

Spannungsreihe der Metalle

+92.6 -0.48

S + 2e^-→S^2-

-474.3 +1.23

O₂+ 4H⁺+4e^-→2H₂O

-262.5 +1.36

Cl₂ + 2e^-→2Cl^-

-557.6 +2.87

F2+ 2e^- →2F^-

ΔRG^⊖(kJ/mol) E^⊖(Volt)

+92.6 -0.48

S + 2e^-→S^2-

-474.3 +1.23

O₂+ 4H⁺+4e^-→2H₂O

-262.5 +1.36

Cl₂ + 2e^-→2Cl^-

-557.6 +2.87

F2+ 2e^- →2F^-

ΔRG^⊖(kJ/mol) E^⊖(Volt)

... und Nichtmetalle E

= − Δ

G

F⋅ν

+293.3 -3.05

Li⁺+ e^- →Li

+553.6 -2.87

Ca²⁺ + 2e^-→Ca

+261.9 -2.71

Na⁺+e^- →Na

+147.1 -0.76

Zn²⁺+ 2e^- →Zn

+78.9 -0.44

Fe²⁺+ 2e^- →Fe

0 0

2H⁺ + 2e^-→ H₂

-65.5 0.34

Cu²⁺+ 2e^-→Cu

-77.1 0.80

Ag⁺+ e^- →Ag

-163.1 1.69

Au⁺+ e^- →Au

Δ_RG^⊖(kJ/mol) E^⊖(Volt)

+293.3 -3.05

Li⁺+ e^- →Li

+553.6 -2.87

Ca²⁺ + 2e^-→Ca

+261.9 -2.71

Na⁺+e^- →Na

+147.1 -0.76

Zn²⁺+ 2e^- →Zn

+78.9 -0.44

Fe²⁺+ 2e^- →Fe

0 0

2H⁺ + 2e^-→ H₂

-65.5 0.34

Cu²⁺+ 2e^-→Cu

-77.1 0.80

Ag⁺+ e^- →Ag

-163.1 1.69

Au⁺+ e^- →Au

Δ_RG^⊖(kJ/mol) E^⊖(Volt)

edel

unedel

Alkalibatterie

Quelle:

Engel/Reid

0 2

0

2 2 2 3

0

2 2 3

: ( ) 2 ( ) ( ) ( ) 2 1.1

: 2 ( ) ( ) 2 ( ) 2 ( ) 0.76

: ( ) 2 ( ) ( ) ( ) 1.86

Anode Zn s OH aq ZnO s H O l e E V

Kathode MnO s H O l e Mn O s OH aq E V zusammen Zn s MnO s ZnO s Mn O s E V

− −

− −

+ → + + =

+ + → + = −

+ → + =

Lithium-Ionen- Akkumulator

Quelle:

Engel/Reid

2 1 2

0

2 1 2

: ( ) ( )

: ( )

: ( ) ( ) ( ) 3.7

−

−

+ −

−

+

+ +

+ +

n n

n n

Anode LiCoO s Li CoO s ne Kathode C s nLi ne CLi

zusammen LiCoO s C s CLi Li CoO s E

V

Brennstoffzelle:

Galvanische Zelle, bei der Reaktanden kontinuierlich zu- und abgeführt werden z.B. Wasserstoff und Sauerstoff

0

H (g)

→ 2H (aq) 2e

+

E = 0.00V

1 0

2 2

2

O (g) 2H (aq) 2e +

+

→ H O(l) E = 1.23V

2 12 2 2

0 R

insgesamt

H (g) O (g) H O(l) G

+ →

Δ

el

237 kJ / mol w

= −

=

Volles Rohr mit Wasserstoff

Wasserstoff gilt als Energiequell der Zukunft, darin sind sich die Autohersteller einig. BMW verfeuert das flüchtige Element am liebsten in herkömmlichen Ottomotoren. Jetzt stellten die Münchner gleich neun Weltrekorde für ein Auto mit dieser Technik auf.

Der BMW H2R, so heißt das Rekordauto, ist mit einem

Zwölfzylindermotor mit sechs Litern Hubraum bestückt und leistet mehr als 285 PS (210 kW). Das reicht für eine Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in rund sechs Sekunden und eine Höchst-

geschwindigkeit von 302,4 km/h. Quelle: Spiegel - online

2 12 2 2

0 R

H (g) O (g) H O(g) H

+ →

Δ _{2 g}

0 R

242 kJ / mol (H O) G

= −

Δ = −237 kJ / mol (H O)_{2 l}

B

A A

w T

1 etwa 0.3

q T

η = ≤ −

Ottomotor

Brennstoffzelle

1 2 2

2O (g) 2H (aq) 2e+ ⁺ + ⁻→H O(l)

dG dw =

= Δ

G d ⋅ χ

etwa 80kJ/mol werden in Arbeit umgewandelt, 160 kJ/mol in Wärme

Reaktion läuft vollständig ab, dχ=1 volle 237 kJ/mol werden in Arbeit umgewandelt