EMK - Einführung

EMK

I. Einführung

Zur quantitativen (zahlenmäßigen) Beschreibung von Redoxvorgängen wurden die elektrochemischen Potentiale eingeführt. Damit wird die Oxidationskraft eines Redoxpaars durch eine Zahl beschrieben. Durch Vergleich dieser Zahlen lässt sich für Redoxpaare die Richtung der ablaufenden chemischen Reaktion vorhersagen. In der Elektrochemie (nicht Gegenstand dieser Einführung) lernen Sie auch noch kennen, wie diese Zahlen gemessen werden und wie damit Geräte zur Stromerzeugung ("Batterien") gebaut werden.

Wir beginnen mit zwei Redoxpaaren: Zn | Zn²⁺ und Cu | Cu²⁺.
Mit chemischen Versuchen finden wir heraus, welche Reaktion hier ablaufen kann:

Zn und Cu	ein trivialer Fall; beide Metalle können nebeneinander gelegt werden, ohne dass eine Reaktion erfolgt.
Zn²⁺ und Cu²⁺	Die Lösungen werden sich mischen, aber keine chemische Reaktion tritt ein.
Cu und Zn²⁺	Taucht Kupfermetall in eine Zinksulfatlösung ein, geschieht nichts!
Zn und Cu²⁺	Taucht Zink in einer Kupfersulfatlösung ein, beobachten wir nach einiger Zeit einen roten Niederschlag von metallischem Kupfer. Mit einer chemischen Analyse könnten wir auch feststellen, dass Zinkionen in der Lösung vorhanden sind.

Die chemische Reaktion lässt auch als Kombination von Elektronenübergängen beschreiben. (Vergleiche Abschnitt Redoxvorgänge)

Wir haben für die mögliche Reaktionen die Ionengleichung:
Als Redoxprozess haben wir die Teilreaktionen Oxidation und Reduktion:
Die Teilreaktionen lassen sich auch getrennt als Elektronenübergang des jeweiligen Redoxpaars definieren:

Nach Nernst wird jedem Redoxpaar eine Zahl, das chemische Potential E, zugeordnet. Zur Festlegung der Zahlen ist als Nullpunkt festgelegt worden: Für das Redoxpaar H₂ | H⁺ wird E = 0 definiert. Die gesamte Tabelle der Potentiale wird auch Spannungsreihe genannt. (Die Zahlenwerte sind tabelliert.) Genauere Informationen, wie dabei die Konzentration der Ionenlösung berücksichtigt wird, folgen im nächsten Abschnitt.

Es gilt die Vorschrift: Beim Vergleich zweier Redoxpaare ist die reduzierte Stufe im Paar mit dem größeren Potential E das Oxidationsmittel. In diesem Paar findet also eine Reduktion statt.
In unserem Beispiel hat das Kupfer-Paar das größere E. Das Ion Cu²⁺ wirkt als Oxidationsmittel und wird zu Cu reduziert Im Partner mit dem kleineren E ist Zn das Reduktionsmittel und wird zu Zn²⁺ oxidiert.

Wie ein Stoff reagiert, hängt vom Partner ab! Wenn wir das Ag | Ag⁺ Paar mit dem Kupferpaar vergleichen, ist E für Cu |Cu²⁺ kleiner!

Hier hat das Silber-Paar das größere E!
Im Paar Cu | Cu²⁺ findet hier also die Oxidation statt!

Fachwort: Man nennt das Paar mit dem größeren E auch das edle Paar, das mit dem kleineren E das unedle Paar.

(Der aufmerksame Leser erkennt:)
Bisher haben wir die Konzentration der Ionenlösung nicht beachtet.
Diese sollte aber sicher eine Rolle spielen!
WEITER: Nernstsche Gleichung

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