Was genau passiert in der Zink-Silberoxid-Zelle (Reduktion)?

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1 Antwort

Moin,

also: Es gibt da für Metalle so eine Reihenfolge, aus der man zum Beispiel ersehen kann, welches Metall "edler" ist als ein anderes. Mit "edler" bzw. "unedler" ist dabei gemeint, welches Metall im Vergleich mit einem anderen eher bereit ist zu reagieren.

Ein Beispiel: Gießt du eine verdünnte Salzsäurelösung über elementares Calcium (ein Metall), dann erfolgt eine sehr heftige exergonische (exotherme) Reaktion. Machst du das gleiche mit elementarem Gold, passiert gar nichts. Darum sagt man in der Chemie, Gold sei "edler" als Calcium...

Diese Reihenfolge bezeichnet man als "Spannungsreihe" oder "Oxidationsreihe" oder (vor allem wenn man nur die Metalle berücksichtigt) auch als "Redoxreihe der Metalle".

Eine (nicht vollständige) Reihe lautet zum Beispiel

Li - K - Ca - Na - Mg - Al - Mn - Zn - Cr - Fe - Cd - Co - Ni - Sn - Pb - Cu - Ag - Hg - Pt - Au

Dabei sind Metalle, die links stehen unedler (reagieren also lieber und heftiger) als Metalle, die rechts stehen.

Nun kann man in diese Reihenfolge auch noch den Wasserstoff aufnehmen, weil er in der Lage ist (wie ein Metall), positiv geladene Ionen (= Protonen) zu bilden. Der Wasserstoff stünde dann zwischen Blei (Pb) und Kupfer (Cu). Er stellt quasi die Grenze dar zwischen den wirklich "edlen" Metallen und den nicht so "edlen" bis "unedlen".

Jedenfalls kannst du aus dieser Reihenfolge ablesen, ob es zu einer (freiwillig ablaufenden) Redoxreaktion kommen wird oder nicht. Es ist nämlich so, dass ein weiter rechts stehendes Metall weniger gern Elektronen abgibt als ein weiter links stehendes. Wenn du aber bereits Kationen eines weiter rechts stehenden Metalls vorliegen hast, diese Kationen dann jedoch mit einem Metall zusammenkommen, das unedler ist (das also weiter links in der Reihe steht), dann geben die Atome des unedleren Metalls Elektronen an die Kationen des edleren Metalls ab. Dabei werden die Atome des unedleren Metalls selbst zu Kationen, während die Kationen des edleren Metalls wieder zu Atomen werden. Man könnte es so formulieren, dass die Kationen des edleren Metalls die Atome des unedleren Metalls "zwingen", sie aus dem gelösten Zustand zu "befreien", indem sie Elektronen übergeben, damit die Kationen des edleren Metalls zu Atomen werden können. Die Atome des unedleren Metalls müssen dafür in Lösung gehen, also den "Platz" der bis dahin gelösten Kationen des edleren Metalls einnehmen.

Auf dein Beispiel bezogen bedeutet das: Silber (Ag) ist laut Spannungsreihe edler als Zink (Zn, das ja weiter links steht als Silber). Darum ist Silber weniger gern bereit, Elektronen abzugeben als Zink. Wenn also Silber-Kationen auf Zinkatome stoßen, erhalten sie in einem Redoxprozess Elektronen und werden zu elementaren Silberatomen reduziert. Die Zinkatome müssen dagegen die Elektronen liefern und folglich als Kationen in Lösung gehen.
Damit das nicht direkt geschieht, sondern du einen Stromfluss der wandernden Elektronen nutzen kannst, trennst du in der Silberoxid-Zink-Batterie das Zink von den Silber-Kationen. Als Elektrolyten (leitfähiges Medium) setzt du eine Lauge (zum Beispiel Kalilauge) ein. Das Sauerstoff-Anion ("O^2–") ist nur formal existent, das heißt, es kommt nicht wirklich allein für sich vor; es wird vielmehr an Wassermoleküle abgegeben, die dann zu Hydroxid-Ionen werden. Nun hast du alles beisammen, um die Vorgänge in einer Silberoxid-Zink-Batterie verstehen zu können:

Oxidation: Zn ---> Zn^2+ + 2e^–
Reduktion: Ag2O + 2e^– + H2O ---> 2 Ag + 2 OH^–
____________________________________________________
Redoxreaktion: Zn + Ag2O + H2O ---> 2 Ag + Zn^2+ + 2 OH^–

Soll heißen: Die unedleren Zinkatome liefern Elektronen; sie werden also oxidiert und gehen als Kationen in Lösung. Die Silber-Kationen nehmen die gelieferten Elektronen auf und scheiden sich als edleres elementares Silber ab. Die Sauerstoff-Anionen werden dabei auf Wasser übertragen, wodurch Hydroxid-Ionen entstehen. Als Bruttogleichung (Reaktionsgleichung) kannst du das auch folgendermaßen zusammenfassen:

Zn + Ag2O + H2O ---> 2 Ag + Zn(OH)2

Ich hoffe, dass du jetzt alles verstehen konntest...

Lieber Gruß von der Waterkant.

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Kommentar von DerAleeeks
14.06.2016, 16:56

Vielen vielen Dank für die sehr ausführliche Erklärung, jetzt versteht man doch umso einiges mehr ! Auf den ganzen Seiten ist das so kompliziert erklärt, da braucht man jede Menge Vorwissen, was auch verständlich ist. Da ich ein völliger "Noob" in Chemie bin und es auch nicht mit in die Oberstufe nehmen werde, musste ich einmal hier nachfragen ^^. Danke nochmals !

LG Aleks

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