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Physikalische Chemie Ob Elektrochemie oder Quantenmechanik, das Feld der physikalischen Chemie ist weit! Hier könnt ihr Fragen von A wie Arrhenius-Gleichung bis Z wie Zeta-Potential stellen.

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Alt 09.11.2017, 11:42   #1   Druckbare Version zeigen
Ele  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 2
Elektronenfluss bei Elektrolyse in Elektrolytkondensator

Guten Tag

Eine Frage zum Elektronenfluss bei der Elektrolyse, genauer bei der Redoxreaktion:
Verstehe ich das richtig, dass hier die Elektronen aus dem Reduktionsmittel in die Anode (+) "herausgezogen" (Oxidation) und von der Kathode (-) in das Oxidationsmittel "hineingedrückt" werden (Reduktion)?
Dies im Gegensatz zu einer "normalen" Redoxreaktion, wo die Elektronen vom Reduktionsmittel zum Oxidationsmittel "herüberwandern"?
Somit quasi in umgekehrter Richtung?

Konkret geht es um einen Alu-Elektrolytkondensator:


Im normalen Betrieb bildet sich Aluminiumoxid (Al2O3) zwischen der Aluminiumfolie an der Anode (+) und dem sauerstoffhaltigen Elektrolyt (-), was zur Selbstheilung dient.



Das entspricht einer anodischen Oxidation (Firmierung)


In den obigen Schaltbildern muss der Elektronenfluss durch den Kondensator ja von (-) zu (+) gehen, also Spannungsquelle >> Elektrolyt als Kathode (-) >> Oxidschicht >> Aluminium als Anode (+) >> Spannungsquelle.

Bei einer "normalen" Redoxreaktion heisst es:
"In einer Redoxreaktion reagiert ein Stoff A, der Elektronen abgibt (Reduktionsmittel, Donator genannt) mit einem Stoff B, der diese Elektronen aufnimmt (Oxidationsmittel, Akzeptor)."

Im Alu-Elko haben wir Aluminium als Stoff A und den Sauerstoff im Elektrolyt als Stoff B.
Die Elektronen würden somit bei einer "normalen" Redoxreaktion vom Aluminium zum Eletrolyten wandern: Aluminium >> Elektrolyt.

Das wäre aber genau entgegengesetzt zur Richtung, wie sie für die Elektrolyse aufgezeichnet ist!

Das hat mir ziemliches Kopfzerbrechen bereitet

Kann man auch sagen:
  • bei der Elektrolyse im Elko gibt es keinen Elektronenfluss zwischen Elektrolyt (Kathode) und Aluminium (Anode),
  • sondern die in den Elektrolyt hineingezwängten Elektronen führen zur Reduktion von Sauerstoff, es bilden sich Anionen (Sauerstoff mit Elektronenüberschuss),
  • gleichzeitig führt das Wegnehmen der Elektronen aus dem Aluminium zur Oxidation, es bilden sich Kationen (Aluminium mit Elektronenmangel)
  • die Anionen und Kationen gehen aufeinander zu und vereinen sich zu Aluminiumoxid.
  • Wohingegen bei einer "normalen" Redoxreaktion ein Elektronenfluss zwischen den beiden Stoffen stattfindet, also hier vom Aluminium zum Sauerstoff aus dem Elektrolyt?
Ele ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 09.11.2017, 23:36   #2   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.702
AW: Elektronenfluss bei Elektrolyse in Elektrolytkondensator

Hi Ele,

wieso umgekehrte Richtung? Die Elektronen wandern immer aus dem Reduktionsmittel zum Oxidationsmittel - direkt oder über den Draht.
Im Elektrolyten wandern dann Ladungen mit den Ionen - Anionen zur Kathode, Kationen zur Anode. Vielleicht irritiert das? Der Elektrolyt ist keine Elektrode, nur Ionentransporteur.

Ich berichtige mal Deine Sätze:
  • bei der Formierung des Elkos gibt es Elektronenfluss zwischen den Anionen im Elektrolyten und dem Aluminium der Anode. Dadurch werden die Anionen entladen und der Sauerstoff aus ihnen verbindet sich mit dem Aluminium zu Aluminiumoxid.
  • die in den Elektrolyt an der Kathode hineingezwängten Elektronen führen zur Reduktion von Wasserstoffionen. Es entsteht Wasserstoff.
  • gleichzeitig führt das Wegnehmen der Elektronen aus dem Aluminium zur Oxidation, es bildet sich Aluminiumoxid.
  • die Anionen wandern durch den Elektrolyten zur Anode und werden dort entladen, die Kationen wandern durch den Elektrolyten zur Kathode und werden dort elektrisch neutralisiert.
  • genauso wie bei einer "normalen" Redoxreaktion ein Elektronenfluss zwischen den beiden Stoffen stattfindet, also vom Aluminium zum elementaren Sauerstoff.
Unterscheide zwischen elementarem Sauerstoff (z. B. Luftsauerstoff) und geladenen Sauerstoffatomen in Verbindungen.


Freundliche Grüße
cg
cg ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 10.11.2017, 21:02   #3   Druckbare Version zeigen
Ele  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 2
AW: Elektronenfluss bei Elektrolyse in Elektrolytkondensator

Hallo cg

Besten Dank für die Deine Antwort!

Zitat:
Zitat von cg Beitrag anzeigen
(...) Im Elektrolyten wandern dann Ladungen mit den Ionen - Anionen zur Kathode, Kationen zur Anode.
Da hast Du Dich wohl verschrieben, Anionen gehen zur Anode.

Zitat:
Zitat von cg Beitrag anzeigen
Der Elektrolyt ist keine Elektrode, nur Ionentransporteur.
Das meinte ich eigentlich mit dem Unterschied zu einer Redoxreaktion direkt zwischen Alu und (elementarem) Sauerstoff.

Zitat:
Zitat von cg Beitrag anzeigen
Die Elektronen wandern immer aus dem Reduktionsmittel zum Oxidationsmittel
Also nehmen wir an, der Elektrolyt läuft vollständig aus und die Oxidschicht ist verletzt. Danach fände eine Sauerstoffkorrosion mit Luft statt. Dann würde das Alu Elektronen an den Sauerstoff übergeben.
Das wäre dann eben die umgekehrte Richtung bezogen auf die Abbildungen. Genauer gesagt würde das Alu (Reduktionsmittel) seine Elektronen nicht an die Anode (nach oben) sondern an den Sauerstoff (Oxidationsmittel) verlieren (nach unten), wobei sich Aluminiumoxid bildet.
Korrekt?

Zitat:
Zitat von cg Beitrag anzeigen
die in den Elektrolyt an der Kathode hineingezwängten Elektronen führen zur Reduktion von Wasserstoffionen. Es entsteht Wasserstoff.
Das habe ich nicht berücksichtigt. Der Elektrolyt ist eine Säure, enthält (u.a.) Sauerstoff und Wasserstoff mit H3O+. Unter Elektronenzufuhr entsteht Wasserstoff und Wasser.
Was passiert mit dem Wasserstoff? Wie lange das wohl gut geht in einem Elko?

Zitat:
Zitat von cg Beitrag anzeigen
die Anionen wandern durch den Elektrolyten zur Anode und werden dort entladen, die Kationen wandern durch den Elektrolyten zur Kathode und werden dort elektrisch neutralisiert.
Woher kommen nun die Anionen und Kationen?

Oder ist es ein Eloxieren ?
Also die Kathode gibt Elektronen ab an H3O+ (Kation), es bildet sich H2 und H2O. Das gerät in Kontakt zum Alu (wie kommt es dorthin?).
Dem Alu werden durch die Anode Elektronen entzogen (Oxidation), die nimmt es sich vom H2O, wodurch Al203 und H3O+ entsteht.
Das H3O+ würde ja dann wieder zur Kathode gezogen. Damit wäre der Stofffluss erklärt, richtig?
Ele ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.11.2017, 23:49   #4   Druckbare Version zeigen
cg Männlich
Mitglied
Beiträge: 1.702
AW: Elektronenfluss bei Elektrolyse in Elektrolytkondensator

Hi Ele,

nein, ich habe mich nicht verschrieben, sondern irrtümlich die Bezeichnung der Elektroden bei der Batterie angewendet. Richtig ist also: "Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion. Da positiv geladene Ionen bei einer Elektrolyse zur Kathode (dem Minuspol) wandern, wurde für sie der Name Kationen gewählt."

Die Elektronen wandern immer aus dem Reduktionsmittel zum Oxidationsmittel, direkt oder über den Draht. Jetzt verstehe ich, was Du mit "umgekehrt" meinst. Das ist Ansichtssache. Beispiel: Seit der Sueskanal fertig ist fährt man von Marseille durch ihn nach Aden (Direkt) und kam von Westen her an. Früher fuhr man um das Kap der guten Hoffnung nach Aden ("Über den Draht") und kam von Osten her an. Also umgekehrt? Hinsichtlich Richtung ja, vom Ergebnis her nein.

"Der Elektrolyt ist eine Säure, enthält (u.a.) Sauerstoff und Wasserstoff mit H3O+. Unter Elektronenzufuhr entsteht Wasserstoff und Wasser." Nein, der Elektrolyt ist eine Lösung z.B. einer Säure z.B. in Wasser. Nun genauer: Die H3O^+ Ionen des Wassers würden entladen und es bildete sich Wasserstoff, wenn da nicht ein Oxidationsmittel beigegeben wäre, das statt der H3O^+ Ionen reduziert wird.
Elkos werden aus vorformierten Folien gefertigt. Deshalb reicht eine kleine Menge Oxidationsmittel im Elektrolyten des Elko um bei der Selbstheilung und bei der Korrosion die Erzeugung von Wasserstoff und den Aufbau von Druck eine Zeit lang zu vermeiden. Ist diese Menge erschöpft, drückt der Wasserstoff Elektrolyt durch das Überdruckventil/Sollbruchstelle heraus. Aus die Maus.

"Woher kommen nun die Anionen und Kationen?" Die im Elektrolyten gelöste Säure dissoziiert beim Lösen in Anionen und Kationen.

Ja, die Formierung ist ein Eloxieren ohne Porenbildung.

"Also die Kathode gibt Elektronen ab an H3O+ (Kation), es bildet sich H2 und H2O. Das H2O steht in Kontakt zum Alu. H2O ist sowieso schon im Elektrolyten.
Dem Alu werden über den Draht Elektronen entzogen (Oxidation), die nimmt es sich von den OH^- , wodurch Al203 entsteht. Die Elektronen werden über den Draht zur Kathode gedrückt (durch externe EMK).
Das H3O+ wird zur Kathode gezogen und dort zu H_2 entladen oder das Oxidationsmittel wird reduziert.

Es gibt auch Elkos mit wasserfreien Lösemitteln. Das Prinzip ist dasselbe: Die Alufolie wird in wässrigen Elektrolyten "eloxiert", getrocknet und dann unter Zusatz des wasserfreien Elektrolyten zum Elko gewickelt.

Freundliche Grüße
cg
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Stichworte
elektrolyse, elektrolytkondensator, redoxreaktion

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