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CHEM Lernzettel zu Redoxrekationen, OC o Die Zahl, die nun vor den Hydronium-Ionen stehen, addiert man nun noch zu den Wasser-Molekülen o Nun nur noch die Elektronen ausgleichen - Somit ergibt sich: o Oxidation: Fe 2+ → Fe 3+ + e − o Reduktion: MnO − 4 + 8H 3 O + + 5e − → Mn 2+ + 12H 2 O - Nun muss man nur noch die Elektronen in beiden Gleichungen gleichstellen, indem man die obere Gleichung mit 5 multipliziert. Man erhält: o Oxidation: 5Fe 2+ → 5Fe 3+ + 5e − o Reduktion: MnO − 4 + 8H 3 O + + 5e − → Mn 2+ + 12H 2 O - Nun kann man die Reaktionen in einer Redoxreaktion aufschreiben und erhält: o 5Fe 2+ + MnO − 4 + 8H 3 O + + 5e − → 5Fe 3+ + 5e − + Mn 2+ + 12H 2 O o Die 5 Elektronen auf beiden Seiten lassen sich wegkürzen und man erhält als Endergebnis: o 5Fe 2+ + MnO − 4 + 8H 3 O + → 5Fe 3+ + Mn 2+ + 12H 2 O Standardpotentiale / rechnen mit Standardpotentialen Aufbau und Funktion der Standard-Wasserstoff-Halbzelle - Das Potential einer Wasserstoff-Halbzelle ist definitionsgemäß 0. - Ein Platinblech taucht man in eine saure Lösung mit einer Hydronium-Ionen von 1 mol*l -1 . Das Blech wird nun unter STP mit Wasserstoff umspült. Die Platin-Elektrode hat die Eigenschaft, Wasserstoff an ihrer Oberfläche zu adsorbieren, was sie auch tut. Die Platinelektrode wird nun versuchen, ein elektrochemisches Equilibrium (Gleichgewicht) zwischen adsorbierten Wasserstoff-Molekülen und hydratisierten Wasserstoff-Ionen herzustellen. - Der Elektronenaustausch findet an der Elektronenoberfläche statt, wodurch die Platin- Elektrode ein bestimmtes Potential erhält - Somit gilt für die allgemeine Bestimmung von Standard-Elektronenpotentialen die Redox- Schreibweise: (Donator//Akzeptor) Me /Me z+ (c = 1 Mol L )//H+ (c = 1 Mol L )/H 2 - Somit ist die Wasserstoff-Halbzelle die Akzeptorzelle. Wie werden Elektrodenpotentiale gemessen? - Um die Standardelektrodenpotentiale eines Stoffes zu messen, muss man einen international anerkannten Vergleichswert haben. Man hat sich dazu entschlossen die Standard Hydrogen Elektrode (SHE) auch Wasserstoffelektrode als 0-Zelle anzuerkennen. Die Wasserstoff-Platin- Zelle hat die kleinste messbare Spannung und man hat deshalb diese Elektrode als Standardvergleichselektrode benützt. - Man hat die Elektrodenpotentiale als Tabelle in einer s.g. Spannungsreihe aufgeführt. Je negativer das Element ist, desto lieber will das Element seine Elektronen abgeben (Bsp: Lithium mit -3.04 V ist ein sehr gutes Reduktionsmittel, weil es gerne die Elektronen abgibt und somit selbst Oxidiert wird.) ©Stefan Pielsticker und Hendrik-Jörn Günther 2
CHEM Lernzettel zu Redoxrekationen, OC - Je größer der Wert ist, desto lieber will ein Stoff Elektronen aufnehmen und dient somit als Oxidationsmittel - Aus diesem „Verlangen“ zweier Stoffe, Elektronen abzugeben und aufzunehmen lässt sich das Elektrodenpotential bestimmen. - Beispiel zur Errechnung der Redoxpotentiale: o Zink-Lithium-Halbzelle. o 1. Aufschreiben und feststellen der Elektrodenpotentiale: • Zink: Zn 2+ + 2e − ↔ Zn | − 0,76V • Lithium: Li + + e − ↔ Li | − 3,04V • Lithium ist der Donator; Zink der Akzeptor o 2. Aufschreiben der beiden Stoffe in Donator // Akzeptor Schreibweise • Li /Li + //Zn 2+ /Zn o 3. Aufschreiben der daraus zu schließenden Reaktionen und ausgleichen der e - : • Oxidaion: 2Li ↔ 2Li + + 2e − | − 3,04V • Reduktion: Zn 2+ + 2e − ↔ Zn | − 0,76V • Redox: : 2Li+Zn 2+ ↔ 2Li + + Zn o 4. Berechnung des Redoxpotentials mit: • ∆E° = E° AKZEPTOR − E° DONATOR • ∆E° = E° Zink − E° Litium • ∆E° = −0,76V − −3,04V • ∆E° = 2,28 V - Der errechnete Wert ist als Spannung über ein Voltmeter zu messen Galvanische Zelle Was ist eine Galvanische Zelle? - Eine Galvanische Zelle ist ein Gerät, das aus chemischer Energie elektrische Energie formen kann. - In der Zelle findet eine spontane Reaktion statt, die einen Elektronenaustausch mit sich zieht. ©Stefan Pielsticker und Hendrik-Jörn Günther 3
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