CHALK & BLACKBOARD PRESENTATION

Fachreferat im Fach Chemie

Elektrochemie; elektrochemische Reaktionen im Alltag

Referentin: Nadja Anthony G12B Lehrkraft: Herr Fuisz

Gliederung

Was Versteht man unter Elektrochemie

Galvanische Zellen

Versuch

Galvanische Zelle & Elektrolyse im Vergleich

elektrochemische Spannungsreihe

Elektrolysezellen

Quellen

Diskussionsfrage

Elektrochemische Reaktionen im Alltag

Was Versteht man unter der Elektrochemie?

Elektrochemie; elektrochemische Reaktionen des Alltags

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Was man unter der Elektrochemie versteht

• bezeichnet mehrere verschiedene Teilgebiete
• chemische Reaktion + elektrischen Strom = elektrochemischer Vorgang
• Entweder Redoxreaktion durch eine von außen angelegter elektrischer Spannung erzwungen (Elektrolyse), oder durch chemische Reaktion geeigneter Substanzen eine messbare Spannung hervorgerufen (galvanisches Element)

• Elektronenübergang zwischen Molekülen, Ionen oder Atomen -> kein elektrochemischer Vorgang; typisch für Elektrochemie: räumliche Trennung von Oxidation und Reduktion.

Versuch (Standardpotenzial)

(Nicht alle Komponenten, wie im eigentlichen Versuch, wurden benutzt)

Zwei Gläser; einmal mit Salzsäure und Kupfersulfat Lösung In Salzsäure wird eine Platin Elektrode und in Kupfersulfat Lösung wird eine Kupfer Elektrode eingetaucht und miteinander durch das Spannungsmessgerät verbunden Salzbrücke (hier aufsaugbares Papier) wird in Kaliumnitrat Lösung getunkt, bis das Papier sich aufsaugt Salzbrücke wird in beiden Lösungen Hinzugefügt, damit eine “Brücke” entsteht Spannungsmessgerät zeigt einen Wert von ≥0,26V -> Stromfluss zu erkennen

Abb.1

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Galvanische Zellen

Wurde nach dem italienischen Physiologen und Mediziner Luigi Galvani benannt

besteht aus zwei Halbzellen; Elektrolyten und Elektroden) Eektroden: Stärkeres Reduktionsmittel-> Oxidation; auch Anode Schwächerer Reduktionsmittel -> Reduktion; auch Kathode -> Anode = Minuspol (bei Galvanische Zelle) Eselsbrücke: OMA (Oxidation-Minuspol-Anode) Elektrolyt Lösung; ermöglicht Reduktion von geladenen Ionen zum Stoff der Elektrode

Freiwillig ablaufende elektrochemisches Prozess Umwandlung von chemische Energie->elektrische Energie

(Elektronenfluss von – nach +)

Bsp. Daniell Element

Abb.2

Elektrolyse Zellen

Durch Elektrolyse können nicht freiwillig ablaufende chemische Prozesse erzwungen werden durch eine äußere Spannung; Möglichkeit den galvanischen Prozess zu Grunde liegende Reaktion umzukehren (Auch genannt “Umkehrung eines galvanischen Elements”) -> elektrische Energie zu chemischer Energie

Aufbau ähnlich wie bei der galvanischen Zelle: Besteht nur aus einer Kammer mit Elektrolyt Lösung -> beide Elektroden in dieselbe Lösung Anode= Elektrode, an der negativ geladene Ionen e- abgegeben werden Kathode= Elektrode, an der positiv geladene Ionen e- aufgenommen werden Anode= Pluspol Eselsbrücke: OPA (Oxidation- Pluspol-Anode) Die Bewegung der Ionen in der Elektrolytlösung zu den Elektroden wird als Diffusionsstrom bezeichnet

-> elektrische Energie zu chemischer Energie anzulegende Spannung wird als Zerstreuungsspannung bezeichnet

(Elektronenfluss von + nach -)

Bsp. Elektrolyse von Wasser

Abb.3

Elektrolyse Zellen

Galvanische Zellen

-> für Antrieb benötigen sie eine elektrische Energiequelle -> entgegengesetzte Stromrichtung (+ nach -) Anode = positiv; Kathode = negativ ->elektrische Energie zu chemischer Energie

-> arbeiten spontan und geben elektrischen Strom ab -> entgegengesetzte Stromrichtung (- nach +) Anode= negativ; Kathode = positiv -> chemische Energie zu elektrischer Energie

VS

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Elektrochemische Spannungsreihe

Elemente können als Oxidations- und Reduktionsmittel fungieren-> je stärker ein Element als Reduktionsmittel reagiert, desto schwächer reagiert sein korrespondierendes Oxidationsmittel -> je weiter oben ein Metall in der Spannungsreihe, desto unedler ist es Es kommt nur zu einer Reaktion, wenn Reduktionsmittel (links) höher in der Liste steht als Oxidationsmittel (rechts) Standardpotenzial E0 (in Volt) eines Elements ist die Spannung, die entsteht, wenn man es in einer galvanischen Zelle mit einer Wasserstoff-Elektrode unter Standardbedingung über einen Leitungsdraht verbindet Berechnung: ΔE0 = E0 (Kathode) - E0 (Anode)

Abb.4

Elektrochemische Reaktionen im Alltag

Abb.7

Abb.6

Abb.5

Batterien (z.B. in Festnetz Telefone, Analoge Uhren,..)

Motor (z.B. in Autos,...)

Akkumulatoren/Akkus (z.B. in Smartphones, iPads, PCs,..)

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Die elektrochemischen Reaktionen sind auch für die Digitalisierung verantwortlich. Welche Chancen und Risiken würden dadurch in der Zukunft entstehen? (Hilfestellung; an Schulen, Arbeitswelt, Privatleben, ...)

Quellen

• Literatur:
• Elektrochemie (o. D.): Chemie-Schule.de, [online] https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Elektrochemie [abgerufen am 08.02.2022a].
• Elektrochemie (o. D.): einbisschenchemie.de, [online] https://www.einbisschenchemie.de/Webseite/Elektrochemie.html [abgerufen am 28.02.2022b].
• Elektrochemische Reaktion (o. D.): lernhelfer.de, [online] https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie/artikel/elektrochemische-reaktion [abgerufen am 28.02.2022].
• Elektrochemische Spannungsreihe (2015): YouTube.com, [online] https://www.youtube.com/watch?v=TTG_LOP3w0A [abgerufen am 28.02.2022].
• Elektrolyse (o. D.): boellstoff.hbg-koeln.de, [online] http://boellstoff.hbg-koeln.de/wp-content/uploads/2020/05/Q1_Chemie_GK_RAZ_Elektrolyse.pdf [abgerufen am 01.03.2022].
• Elektrolyse von Wasser (2018): YouTube.com, [online] https://www.youtube.com/watch?v=DZFMu4Cpia0 [abgerufen am 28.02.2022].
• Galvanische Zelle & Spannungsreihe (o. D.): boellstoff.hbg-koeln.de, [online] http://boellstoff.hbg-koeln.de/wp-content/uploads/2020/03/GalvanischeZelle_Spannungsreihe_Handout.pdf#:~:text=Galvanische%20Zellen%20finden%20sich,z.B.%20in%20Batterien%20oder%20Akkus. [abgerufen am 01.03.2022].

Quellen

• Galvanische_Zelle (o. D.): chemie-schule.de, [online] https://www.chemie-schule.de/KnowHow/Galvanische_Zelle [abgerufen am 27.02.2022].
• Metten, Sara (o. D.): Elektrochemie, [online] https://chids.online.uni-marburg.de/dachs/expvortr/773Elektrochemie_Metten.doc [abgerufen am 10.02.2022].
• Redoxpotential (2021): YouTube.com, [online] https://www.youtube.com/watch?v=0s5GYyL5Uq4 [abgerufen am 28.02.2022].
• Unterschied zwischen Galvanische Zellen und Elektrolyse Zellen (o. D.): sawakinome.com, [online] https://www.sawakinome.com/articles/chemistry-science-nature/difference-between-electrolytic-and-galvanic-cells.html#:~:text=%20Unterschied%20zwischen%20elektrolytischen%20und%20galvanischen%20Zellen%20,in%20beiden%20Zellentypen%20umgekehrt.%20In%20einer...%20More%20 [abgerufen am 28.02.2022].
• Witt, Alexander/Alfred Flint (2016): Elektrochemie, didaktik.chemie.uni-rostock.de, [online] https://www.didaktik.chemie.uni-rostock.de/storages/uni-rostock/Alle_MNF/Chemie_Didaktik/Forschung/Elektrochemie/Elektrochemie1.pdf#:~:text=Der%20allgemein%20bekannteste%20Nutzen%20der%20Elektrochemie%20ist%20jedoch,Galvani%E2%80%99schen%20Zellen%2C%20die%20wiederaufladbaren%20Akkumulatoren%20und%20die%20Brennstoffzellen. [abgerufen am 01.03.2022].
• Zersetzungsspannung (o. D.): chemgapedia.de, [online] http://www.chemgapedia.de/vsengine/glossary/de/zersetzungsspannung.glos.html [abgerufen am 28.02.2022].

Quellen

• Abbildungen:
• Abb.1 Bildaufnahme
• Abb.2 (o. D.): de-academic.com, [online] https://de-academic.com/dic.nsf/dewiki/301012 [abgerufen am 03.03.2022].
• Abb.3 (o. D.): pharmawiki.ch, [online] https://www.pharmawiki.ch/wiki/index.php?wiki=Elektrolyse [abgerufen am 03.03.2022].
• Abb.4 (o. D.): einbisschenchemie.de, [online] https://www.einbisschenchemie.de/Webseite/Elektrochemie.html [abgerufen am 03.03.2022].
• Abb.5 (o. D.): tag24.de, [online] https://www.tag24.de/anzeige/conrad-electronic-dresden-apple-macbook-air-guenstig-rabatt-ratenkauf-easycredit-sparen-763854 [abgerufen am 03.03.2022].
• Abb.6 (o. D.): Bild.de, [online] https://www.bild.de/ratgeber/2018/ratgeber/alltagsfrage-wie-lange-halten-eigentlich-normale-batterien-57706672.bild.html [abgerufen am 03.03.2022].
• Abb.7 (o. D.): sae.org, [online] https://www.sae.org/news/2017/06/kubota-goes-big-with-first-ever-200-hp-diesel-engine [abgerufen am 03.03.2022].

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit:)

Präsentiert von Nadja Anthony