Frage von Serienjunkie96, 41

Anhand von Standardpotentialen zeigen, welches Ion in wässriger Lösung stabil ist?

Hey

Themenbereich: Elektrochemie

wie kann man anhand von mehreren Standardpotentialen zeigen, dass ein Ion stabiler als das andere Ion ist??

Ich habe 4 Potentiale gegeben und muss nun entscheiden ob Fe2+ oder Cu+ stabiler ist

Wie soll ich hierbei vorgehen?

Danke

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 19

Es gibt drei mögliche Gründe, weshalb ein Ion im Wasser nicht stabil sein könnte:

  1. Es ist ein so starkes Oxidationsmittel, daß es Wasser zu O₂ oxidiert. Das O₂/H₂O-Potential ist (im Sauren) 1.23 V. Was darüber liegt, ist instabil (was aber nicht automatisch bedeutet, daß es merklich rasch zerfällt). Deine Vögel sind im sicheren Bereich, also fällt das aus.
  2. Es ist ein so starkes Reduktionsmittel, daß es Wasser zu H₂ reduziert. Das H₂O/H₂-Potential ist (im Sauren) definitionsgemäß 0 V. Was darunter liegt, ist instabil (vgl. oben). In Deinem Fall trifft das auf das Fe²⁺/Fe-Potential zu. Fe ist also in saurer Lösung nicht stabil (wissen wir, löst sich in verdünnter Säure), aber das war nicht gefragt.
  3. Es hat die Möglichkeit, zu disproportionieren, also von einer mittleren Oxidationsstufe in zwei extremere zu zerfallen. Das wollen wir uns genauer ansehen.

Zur Diskussion steht also die folgende Reaktion:

3 Fe²⁺   ⟶   Fe + 2 Fe³⁺

Das ist eine Kombination aus zwei Redoxprozessen:

Ox:  2 Fe²⁺  ⟶  2 Fe³⁺ + 2 e⁻

Red: Fe²⁺  +  2 e⁻ ⟶  Fe

Die Spannung für die Gesamtreaktion kriegen wir aus der Summe der beiden Redoxpotentiale, wobei wir für die Oxidation das Vorzeichen drehen (sind ja Reduktionspotentiale). Wir kriegen −1.18  V. Das ist negativ, und daher läuft die Reaktion nicht ab.

Beim Kupfer gehen wir genauso vor: Wir schreiben die Disproportionierungs­gleichung an

2 Cu⁺ ⟶  Cu + Cu²⁺

und kriegen eine Spannung von +0.37 V. Die Reaktion läuft ab, Cu⁺ ist also instabil.

Hinweis: Punkte 1 und 2 gelten nur für saure Lösungen. Wenn Du es im Neutralen wissen willst, dann mußt Du die Potentiale per Nernst­scher Gleichung umrechnen. Im Prinzip könnte man sich die Frage auch für alkalische Lösungen stellen, aber da fallen die Metalle ja als Hydroxide aus, and das müßte man über deren Löslichkeitsprodukt auch noch extra einrechnen.

Kommentar von Serienjunkie96 ,

Das hast du super erklärt und ich habe das jetzt auch sehr gut verstanden. 

Es gibt jedoch ein Problem..also irgendwo muss ich wohl einen Denkfehler haben.

"Die Spannung für die Gesamtreaktion kriegen wir aus der Summe der beiden Redoxpotentiale [...]" 

Wieso bilden wir hier denn die Summe? 

Also wenn wir das mit dem Daniell-Element vergleichen 

=> E°(Cu2+/Cu) = +0,35V und E°(Zn2+/Zn) = -0,76V

so die Summe wäre ja 

0,35V + (-0,76V) = -0,41 

Die Zellspannung errechne ich ja so:

E°(Oxidation)-E°(Reduktion) = Spannung dieses Elements

Und dann würde ich für Eisen auch auf -0,77-(-0,41)= -0,36V

aber für Kupfer erhalte ich: -0,15V-0,52V = -0,67

aber das macht ja auch irgendwie keinen Sinn

Wo liegt denn mein Denkfehler? 

Kommentar von indiachinacook ,

Ich hatte geschrieben

Die Spannung für die Gesamtreaktion kriegen wir aus der Summe der beiden Redox­potentiale, wobei wir für die Oxi­dation das Vor­zeichen drehen  (sind ja Reduktions­potentiale).

Ist ist dasselbe wie wenn ich sage Reduktion minus Oxidation. Man kann auch sagen, man bildet die Summe aus Oxidation- und Reduktions­potential, wobei das Oxidations­potential das Negative des Reduktions­potentials für die Oxidations­reaktion ist. Ich hoffe, der Zungenbrecher verwirrt Dich nicht total.

Expertenantwort
von indiachinacook, Community-Experte für Chemie, 35

Welche vier Potentiale?

Kommentar von Serienjunkie96 ,

(Fe/Fe2+)

(Fe2+/Fe3+)

(Cu/Cu+)

(Cu+/Cu2+) 

aber ich weiß leider nicht wie ich das zeigen soll bzw. was ich berechnen muss um das zu zeigen

hast du eine Idee? 

Kommentar von indiachinacook ,

Ja, hab ich. Aber wenn Du Dir zu gut bist, die paar Zahlen abzutippen („Wenn Du mir schon helfen willst, dann google es Dir gefälligst selbst“), dann wird da nix draus.

Kommentar von Serienjunkie96 ,

Ich dachte man kann ich nur allgemeine Aufgaben stellen da die Frage sonst gelöscht wird (Hausaufgaben und so) 
Nur ich lerne gerade für eine Klausur und komm da nicht weiter:

E°(Fe/Fe2+) = -0.41V

E°(Fe2+/Fe3+) = +0,77V

E°(Cu+/Cu2+) = +0,15V 

E°(Cu/Cu+) = +0,52V

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