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Alt 15.06.2005, 06:52   #1   Druckbare Version zeigen
Caelo  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 24
Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Hallo,

ich habe zwei Fragen an euch bezüglich der Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid:

1. Warum benötigt man eine so hohe Stromstärke (100.000 A) und eine niedrige Spannung ( ~ 4 V ) ?

2. Warum müssen die Graphitanoden immer den gleichen Abstand zu der Kohlekathode haben (sodass man sie immer wieder nachschiebt)?


Vielen Dank für eure Hilfe!



MfG

Caelo
Caelo ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.06.2005, 10:12   #2   Druckbare Version zeigen
Tino71 Männlich
Moderator
Beiträge: 6.935
Blog-Einträge: 41
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Spannungsreihe der Metalle: die Reaktion Al ---> Al3+ + 3 e- braucht nicht so wahnsinnig viel Volt. Die Normalspannung beträgt -2.34V (einmolare Lösung und so), dazu noch n Aufschlag für Innenwiderstand der Zelle und Überspannung an der C-Elektrode ---> 4V reichen also für die Reduktion von Al-Kationen zu Alu-Metall aus. Höhere Spannung bringt überhaupt nix.
Je höher die Stromstärke (= je mehr Elektronen fließen) desto höher ist die Stoffmenge des hergestellten Aluminiums. Wenn Du in einer Stunde eine Tonne herstellen willst, mußt Du auch ne Menge Elektronen reinstecken... Pro Mol Al brauchst Du nämlich auch drei Mol Elektronen (=3 Coulomb). Du mußt Dir das so vorstellen, daß man, wenn man plant, einen aluminiumherstellenden Betrieb zu bauen, als allererstes ein ziemlich beeindruckendes Kraftwerk bauen muß, das ausschließlich dazu da ist, den Strom für die Aluhütte herzustellen. Sonst geht in der benachbarten Kleinstadt nämlich das Licht aus.

Die Graphitelektroden brennen langsam ab bei den hohen Temperaturen, bei denen die Elektrolyse läuft und der Anodenreaktion (Bruttogleichung: 3 C + 2 Al2O3 ---> 4 Al + 3 CO2). Der Graphit verbraucht sich ganz einfach. Der Abstand muß immer gleich sein, damit die Stromdichte, der Innenwiderstand der Elöektrolysezelle und so immer gleich bleiben. Sonst würde ständig die Stromstärke und die Spannung schwanken. Das würde das Kraftwerk, das neben der Aluhütte steht, nicht verkraften.
__________________
Vor dem Gesetz sind alle Katzen grau
Tino71 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.06.2005, 11:36   #3   Druckbare Version zeigen
Muzmuz  
Mitglied
Beiträge: 5.976
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

ja, es werden sehr hohe stromstärken gefahren, weil die stoffmenge pro ladung mickrig erscheint
knapp 100000 coulomb (=As) pro mol-äquivalent, wobei beim aluminium aufgrund der dreifachen ladung also knapp 300000 As für 1 mol (27 gramm) notwendig sind

also selbst wennst 100000 ampere fährst, dauert es 3 sekunden, bis du 27 gramm aluminium erhältst
der hohe strom ist also wie schon tino gesagt hat, nicht notwendig, jedoch aufgrund der produktionsgeschwindigkeit höchst sinnvoll

lg,
Muzmuz
Muzmuz ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.06.2005, 15:36   #4   Druckbare Version zeigen
Caelo  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 24
Daumen hoch AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Vielen Dank euch beiden!
Ihr habt mir mit euren Antworten bei meiner Referatsvorbereitung sehr geholfen!
Caelo ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.06.2005, 16:59   #5   Druckbare Version zeigen
Tino71 Männlich
Moderator
Beiträge: 6.935
Blog-Einträge: 41
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Kannst ja - wenn Du Lust hast - mal spaßeshalber über den Daumen überschlagen, wieviel Tonnen Kohle in ein handelsübliches Kohlekraftwerk reingesteckt werden, um per Elektrolyse eine Tonne Alu herzustellen. Du wirst Dich wundern. Versprochen!

Vor einiger Zeit hatten wir's mal im "Elementeraten"-Thread davon, daß kurz nach der Entdeckung des Aluminiums das Englische Königshaus sein langweiliges Tafelbesteck und -geschirr aus Silber und Gold in den Keller geräumt und - um die Gäste so richtig durch Prunk und Pomp zu beeindrucken - gegen Alugeschirr ausgetauscht hat. Damals war die Energie, die man braucht, um Alu herzustellen noch bestimmend für den Preis des Alus! Da war das dann halt das mit Abstand exklusivste und teuerste Metall, das es gab.
__________________
Vor dem Gesetz sind alle Katzen grau
Tino71 ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 15.06.2005, 17:03   #6   Druckbare Version zeigen
Akkordeon1987 weiblich 
Uni-Scout
Beiträge: 2.343
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Netter Vorschlag - aber passt dabei bitte bitte auf, dass nicht irgendwelche Rechenwege zu den aktuellen IChO Aufgaben hingeschrieben werden (falls das hier mit dem Gerechne noch weiter ausartet)- das wäre dann etwas blöde.

(auch wenn dazu die halbe Rechnung zu dem hier vorgeschlagenen schon reicht...)
Akkordeon1987 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.06.2005, 13:33   #7   Druckbare Version zeigen
Caelo  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 24
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Hier meine Berechnung:

geg.: A = 100.000

ges.: m(Al)


Wie "Muzmuz" bereits erwähnte braucht man drei Sekunden um 1 Mol Aluminium, also 27 Gramm zu erhalten.

Somit produziert eine Aluminiumwanne pro Stunde in etwa 32,4 kg Aluminium.
Eine ganze Aluminiumhütte (300 Zellen) müsste dann man Tag (20 h) "nur"* rund 200 t reines Aluminium produzieren können.




* Menge im Vergleich zu der Produktionsleistung an Roheisen eines mittelgroßen Hochofens
Caelo ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.06.2005, 13:36   #8   Druckbare Version zeigen
Caelo  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 24
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Eine Verständnisfrage habe ich noch:

Könnte man nicht einfach statt 100.000 Ampere, nur 10.000 Ampere als Stromstärke nehmen?

Mein Problem liegt darin, dass ich noch nicht verstehe, warum es nicht auch bei 10.000 Ampere 3 Sekunden dauert bis man 1 Mol Al erhalten hat?



Vielen Dank für eure Hilfe!


MfG

Caelo
Caelo ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.06.2005, 13:38   #9   Druckbare Version zeigen
Alichimist Männlich
Mitglied
Beiträge: 4.979
AW: Hohe Stromstärke bei Elektrolyse

Q=I*t (Strom mal Zeit)

diese Ladungsmenge ist einer abgeschiedenen Stoffmenge direkt proportional, sagt uns Faraday...

die Elektrolysespannung (somit die el. Leistung) kann daran gar nix ändern
__________________
Kraft wird aus dem Zwang geboren und stirbt an der Freiheit.
Alichimist ist offline   Mit Zitat antworten
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