Elektrolyse – Aufbau + Funktionsweise + Beispiel

Ein wichtiger Prozess in der Elektrochemie ist die Elektrolyse. Bei dieser wird durch elektrische Energie eine Redoxreaktion hervorgerufen, die ohne diese Energie nicht spontan ablaufen würde. Man kann in gewisser Weise sagen, dass es sich bei der Elektrolyse um den umgekehrten Prozess wie bei der galvanischen Zelle handelt, da ja bei dieser elektrische Energie durch eine freiwillig ablaufende Redoxreaktion frei wird.

Aufbau und Funktionsweise einer Elektrolysezelle

Die Elektrolysezelle besteht aus 2 Elektroden. Diese sind in eine Lösung oder ein flüssiges Salz getaucht. Die Elektroden bestehen meist aus Kohlenstoff (Graphit) oder Platin. Außerdem benötigt man eine Stromquelle. Diese erzeugt einen Elektronenmangel an der Anode sowie einen Elektronenüberschuss an der Kathode. Die Spannungsquelle wirkt also bildlich gesprochen als eine Pumpe für die Elektronen. Auch bei der Elektrolyse findet eine Redoxreaktion statt. Wie auch bei der galvanischen Zelle findet an der Anode die Oxidation und an der Kathode die Reduktion statt. In folgender Abbildung ist der allgemeine Aufbau einer Elektrolysezelle zu sehen.

Elektrolyse

Nun ist die Spannung, die bei der Stromquelle (mindestens) angelegt werden muss, damit die Elektrolyse stattfindet, nicht immer die gleiche. Für diese Spannung, die wir auch Zersetzungsspannung Latex formulanennen, sind die Standard-Redoxpotentiale von Anode und Kathode ausschlaggebend. Die Differenz dieser Standard-Redoxpotentiale von Anode und Kathode ergibt genau die Zersetzungsspannung.

Die Elektrolyse von Zinkiodid

Als Beispiel betrachten wir nun die Elektrolyse von Zinkiodid Latex formula. Bei dieser wird das Zinkiodid durch die Elektrolyse in die Elemente Zink und Iod zerlegt. Um nun die Redoxgleichung aufstellen zu können, müssen wir zuerst klären, welcher Vorgang an der Kathode und welcher an der Anode stattfindet. In einer Zinkiodid-Lösung liegen Zink und Iod in ionisierter Form vor. Dem Zinkion fehlen 2 Elektronen um in den elementaren Zustand zu gelangen, während das Iodion 1 Elektron zu viel besitzt. Folglich muss das Zink reduziert werden, da das Ion eine Oxidationszahl von 2 besitzt und sich bei der Reaktion die Oxidationszahl auf 0 reduziert. Wie wir bereits wissen, findet die Reduktion an der Kathode statt. Wir können also die Reduktion, bzw. Kathodenreaktion wie folgt formulieren:

Latex formula

Das Iodion gibt hingegen ein Ion ab und als Oxidation bzw. Anodenreaktion erhalten wir:

Latex formula

Aus der Summenformel des Zinkiodids erkennen wird, dass auf jedes Zinkatom zwei Iodatome kommen. Das bedeutet, dass wir die Anodenreaktion mit dem Faktor 2 multiplizieren müssen, um die Gleichung stöchiometrisch korrekt zu schreiben. Die Gleichung lautet dann:

Latex formula

Die Gesamtgleichung lautet also:

Latex formula

Wir können bei dieser Elektrolyse beobachten, dass die Zinkkationen zur Kathode wandern und dort reduziert werden, wodurch sich dann elementares Zink bildet. Die Iodanionen wandern hingegen zur Anode, wo diese oxidiert werden und sich deshalb elementares Iod bildet.

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