Frage zu Elektrolyse von Wasser?

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1. Autoprotolyse des Wassers oder durch eine im Wasser gelöste Säure.

2. Weil ein Oxonium-Ion aus einem Wassermolekül besteht, das ein zusätzliches Proton (also ein H+) hält. Nimmt es ein Elektron auf, hat das H+ keinen Grund mehr am Wasser zu bleiben, da es das nur getan hat, weil es kein Elektron besitzt.

3. Ja, wenn ein Wasserstoffatom, wie bei 2., das Wassermolekül verlässt, ist es ziemlich reaktiv. Es braucht noch ein zweites Elektron, um seine Elektronenschale komplett zu füllen. Das bewerkstelligt es, indem es sich mit einem weiteren Wasserstoffatom verbindet. Diese beiden Atome teilen sich dann ihre beiden Elektronen und werden so zum H2-Molekül.

Das ganze hier dient der einfachen Vorstellung. In Realität wird der Mechanismus vermutlich etwas anders und komplizierter aussehen.

  1. Wasser erzeugt aus sich selber einen geringen Anteil an Oxonium- und Hydroxid-Ionen (1 H3O^+ und ein OH^- pro 10^7 = 10.000.000 l Wasser -> pH 7). Dabei gibt ein Wassermolekül ein Wasserstoff-Teilchen als Ion an das andere ab. Üblicherweise hilft man aber mit Säure- oder Basenzugabe nach (erhöht einen Teil der genannten Ionen und vermindert den anderen)
  2. Das Oxonium-Ion wird nicht zu einem Wasserstoff-Atom, sondern es spaltet das "überflüssige" Wasserstoff-Ion wieder ab. Das geht ziemlich leicht, was man daran sieht, dass nur so wenige Wassermoleküle ionisieren. Dieses Wasserstoff-Ion nimmt bereitwillig ein Elektron auf. (Genau genommen passiert das Abspalten und die Elektronenaufnahme gleichzeitig, aber es geht hier darum, das Prinzip zu verstehen.)
  3. Ja.
Woher ich das weiß:Hobby – seit meiner Schulzeit; leider haupts. theoretisch
  1. Die muß man in das Wasser reinschütten. Normalerweise elektrolysiert man zur Wasserzersetzung verdünnte Schwefelsäure, die in Wasser die H₃O⁺ ergibt.
  2. Wenn H₃O⁺ ein Elektron aufnehmen soll, dann könnte man naïv ein neutrales H₃O-Molekül erwarten. Das gibt es aber nicht, also kriegt man H₂O + ½ H₂
  3. Das kann man sich vielleicht so vorstellen, tatsächlich glaube ich aber nicht, daß sich jemals einzelne H-Atome bilden, dazu reicht die Energie einfach nicht aus. Wie der Mechanismus wirklich aussieht, weiß ich aber nicht.
Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Chemiestudium mit Diss über Quanten­chemie und Thermodynamik

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