Elektrolyt?
Moin. Warum kann man die Wasserelektrolyse nicht einfach mit reinem Wasser durchführen. Nach meiner Vorstellung werden die Wassermoleküle an der Kathode reduziert und es entstehen Hydroxid-Ionen und gasförmiger Sauerstoff und an der Anode wird Wasser reduziert zu Oxonium-Ionen und Wasserstoff. Während dessen wandern die Oxonium- und Hydroxid-Ionen in die Mitte und neutralisieren sich und alles ist gut. Warum funktioniert das so nicht so gut? Warum funktioniert das viel besser mit Natriumsulfat, obwohl die nicht an der Redox-Reaktion beteiligt sind und die Teilgleichung genauso lauten, wie ich sie oben in meiner Vorstellung genannt habe. Warum müssen diese Ionen trotzdem im Elektrolyt vorhanden sein? Warum müssen denn zwingend schon bevor es los geht die Elektrolyte elektrisch leitfähig sein? Danke im Voraus.
3 Antworten
Bei der Elektrolyse werden letztlich Elektronen übertragen, die einem Stromfluss entsprechen. Um bei gleicher Spannung einen möglichst hohen Stromfluss zu erhalten, braucht man eine gute Leitfähigkeit. Um die Leitfähogkeit des Wassers zu erhöhen, fügt man Elektrolyte zu, die selbst nicht elektrolysiert werden können.
Am besten wäre es übrigens den pH-Wert zu ändern. Saure Lösungen leiten dabei besser als Laugen, die aber auch besser als neutrale SalzLösungen. Schwefelsäure wäre sicher gut...wenn die Elektroden das aushalten.
Ein Plattenkondensator ist auch sehr schnell aufgeladen.
Wo der Wasserstoff entsteht, bilden sich entsprechend viele HydroxidIonen, an der Anode HydroxioniumIonen. Dies hemmt auch den ElektrolyseProzess.
Durch das Wasser fließen ja keine Elektronen, wie in Metallen, sondern die Ionen müssen wandern (Ion, Griechisch für das Gehende). Damit es einen Stromfuss durch das Wasser gibt, braucht man also einen IonenStrom durch das Wasser. Würde man nur die frisch entstandenen Hydroxid und Hydroxoniumäionen verrühren, würden sie sich neutralisieren, aber man hätte wieder schlecht leitendes, reines Wasser.
Absolut reines Wasser hat übrigens eine sehr kleine Leitfähigkeit!
Bei einer Elektrolyse muss Energie aufgewendet werden, um die chemische Reaktion dahinter in Gang zu bringen.
Nun ist es so, dass in reinem Wasser die einzigen Ladungsträger (bzw. Ionen), die den Strom leiten können, diejenigen sind, die mit 10^-7 mol/L aus der Autoprotolyse des Wassers einhergehen. Das ist eine sehr geringe Konzentration an Ladungsträgern, die das Wasser in gegebener Konzentration überhaupt erst richtig leitbar machen können. Damit Wasser leitfähig wird benötigt man also Elektrolyte.
Somit wäre der Energieaufwand durch den höheren Widerstand und sehr wahrscheinlich auch der Elektroden-Verschleiß höher, würde man reines Wasser einsetzen.
Durch den gezielten Einsatz von einerseits Katalysatoren und andererseits Ionen, deren elektrochemisches Standardhalbzellenpotential so liegt, dass es die Elektrolyse nicht beeinflusst (oft werden Schwefelsäure oder Kaliumhydroxid, oder halt in neutraler Lösung Natriumsulfat verwendet; HCl wäre z.B. ungeeignet, da sich dann Chlorgas an der Anode abscheiden würde), wird das Wasser leitfähiger, der Widerstand sinkt, das Verfahren läuft optimierter und effizienter, einerseits durch Energieeinsparung, andererseits durch eine höhere Ausbeute, bei geringerem Materialverschleiß.
Das mit dem Widerstand macht schon mal mehr Sinn als die vorherige Antwort. Warum müssen denn die Ionen im Wasser zur Elektrode, obwohl sie nicht an der Reaktion beteiligt sind? Warum kann man die Elektroden nicht einfach wie Plattenkondensatoren aufladen ohne, dass ein Ionenfluss nötig ist. Und warum ist der Ionenfluss nötig? Kann man nicht einfach Elektronen in die Elektroden reinpumpen und raussaugen?
Das mit dem Widerstand macht schon mal mehr Sinn als die vorherige Antwort.
Du hast doch offensichtlich ein Problem mit dem Verständnis des Elektrolysevorgangs. Wie kannst Du Dir denn da anmaßen, zu beurteilen, dass die vorherige Antwort weniger sinnvoll wäre? Sie ist möglicherweise für Dein Verständnis weniger hilfreich, das mindert aber nicht deren Sinn und Qualität.
Erstmal solltest du verstehen, wie denn ein galvanisches Element genau funktioniert. Anscheinend hast du das noch nicht ganz verstanden. Wenn du das verstanden hast, musst du gucken, was die Unterschiede und Gemeinsamkeiten zur Elektrolyse sind.
Aber wie Picus schon sagt… Offensichtlich hast du den Elektrolysevorgang einfach nicht verstanden, weswegen du die Antworten einfach nicht verstehen kannst. Bzw. versuchst du mit deinen Kommentaren fundamentale Prinzipien der Elektrochemie über den Haufen zu werfen, weil du deren Relevanz für die Elektrochemie einfach nicht kennst.
Und die Art und Weise, wie du hier über die Antworten anderer urteilst, weil DU Wissenslücken hast, geht gar nicht.
Ich muss mich wohl entschuldigen für die Art und Weise meines Urteilens über Vorgänge, bei denen ich mich kaum auskenne. Meine Wissenslücke ist eine im Bereich der Funktion des Elektrolyten. Ich verstehe nicht was für eine Funktion die an der Reaktion nicht beteiligten Ionen haben und warum das Elektrolyt elektrisch leitend sein muss, obwohl in meiner Vorstellung der Elektrolyse von Wasser (wie ich es verstanden habe) die Elektronen an der Kathode aufgenommen werden und es entstehen Hydroxid-Ionen und an der Anode abgegeben werden und es entstehen Oxonium-Ionen. Anschließend neutralisieren sich die beiden Ionen.
Beispiel:
Wir haben vier freundliche Wassermoleküle. Sie befinden sich an der negativ geladenen Kathode. Sie nehmen zusammen vier Elektronen auf und es entsteht gasförmiger Wasserstoff und alle vier verwandeln sich in Hydroxid-Ionen. Daraufhin werden sie von der positiv geladenen Kathode angezogen und schwimmen dahin. An der Anode andererseits befinden sich ebenfalls sechs freundliche Wassermoleküle, welche vier Elektronen abgeben und es entsteht ein Sauerstoffmolekül und vier Oxonium-Ionen. Anschließend werden diese Vier von der negativ geladenen Kathode angezogen und sie schwimmen zur dahin. Auf halben Wege treffen sich die vier Hydroxid-Ionen und Oxonium-Ionen und sie neutralisieren sich.
(Das Modell bezieht natürlich nicht den Grotthuß-Mechanismus mit ein.)
Kannst du mir nun anhand meines Modells erklären oder erzählen was meine Wissenslücke ist. Freue mich auf eine Rückmeldung.
Ich muss mich wohl entschuldigen für die Art und Weise meines Urteilens über Vorgänge, bei denen ich mich kaum auskenne. Meine Wissenslücke ist eine im Bereich der Funktion des Elektrolyten. Ich verstehe nicht was für eine Funktion die an der Reaktion nicht beteiligten Ionen haben und warum das Elektrolyt elektrisch leitend sein muss, obwohl in meiner Vorstellung der Elektrolyse von Wasser (wie ich es verstanden habe) die Elektronen an der Kathode aufgenommen werden und es entstehen Hydroxid-Ionen und an der Anode abgegeben werden und es entstehen Oxonium-Ionen. Anschließend neutralisieren sich die beiden Ionen.
Beispiel:
Wir haben vier freundliche Wassermoleküle. Sie befinden sich an der negativ geladenen Kathode. Sie nehmen zusammen vier Elektronen auf und es entsteht gasförmiger Wasserstoff und alle vier verwandeln sich in Hydroxid-Ionen. Daraufhin werden sie von der positiv geladenen Kathode angezogen und schwimmen dahin. An der Anode andererseits befinden sich ebenfalls sechs freundliche Wassermoleküle, welche vier Elektronen abgeben und es entsteht ein Sauerstoffmolekül und vier Oxonium-Ionen. Anschließend werden diese Vier von der negativ geladenen Kathode angezogen und sie schwimmen zur dahin. Auf halben Wege treffen sich die vier Hydroxid-Ionen und Oxonium-Ionen und sie neutralisieren sich.
(Das Modell bezieht natürlich nicht den Grotthuß-Mechanismus mit ein.)
Kannst du mir nun anhand meines Modells erklären oder erzählen was meine Wissenslücke ist. Freue mich auf eine Rückmeldung.
Wir haben vier freundliche Wassermoleküle. Sie befinden sich an der negativ geladenen Kathode. Sie nehmen zusammen vier Elektronen auf und es entsteht gasförmiger Wasserstoff und alle vier verwandeln sich in Hydroxid-Ionen
Ja, das ist die Kathodenreaktion im alkalischen Milieu. Die neutralen und sauren Elektrodenreaktionen findest Du hier.
Man kann auch destilliertes Wasser verwenden, denn das enthält auch Ladungsträger (Elektrolyte) in sehr geringer Konzentration (s. Autoprotolyse des Wassers). Dieses Vorgehen ist allerding völlig unergiebig, weil kein ordentlicher Stromfluss zustande kommt. Ein ladungsfreies Medium kann nicht elektrolysiert werden. In dem Fall hat an im Prinzip einen Kondensator mit einem speziellen Dielektrikum.
Um den Wirkungsgrad der Elektrolyse zu erhöhen werden entsprechende Legierungen verwendet. Normales Wasser sorgt dafür, dass die Pole mit Ablagerungen versehen werden.
Ich muss zugeben, dass ich nicht verstehe, warum sich die Elektroden nicht einfach wie Plattenkondensatoren aufladen können und dann genau das geschieht, wie ich es oben genannt hatte, ohne dass etwas anderes als Wasser benötigt wird. Könntest du das vielleicht ein bisschen ausführen. Danke schön trotzdem schon einmal!