Verlaufen die Oxidations- und die Reduktionsschritte einer
Elektrodenreaktion schnell (hohe Austauschstromdichten), dann wird
der Ladungsdurchtritt durch die Elektrodengrenzschicht kaum das
Reaktionsgleichgewicht beeinflussen. Solche Elektroden nennt man in
dem Sinne nicht-polarisierbar, dass ihr Potentiale für kleine
Stromflüsse stabil und gleichbleibend zum
Elektrodengleichgewichtspotential sind.
Wenn sich aber das Reaktionsgleichgewicht aufgrund einer
kinetischen Hemmung eines der an der Elektrodenreaktion beteiligten
Schritte nur langsam einstellt, dann ist diese Elektrode
polarisierbar. Um die Reaktion in die gewünschte Richtung zu
bringen, muss die kinetische Hemmung durch Anlegung einer
hohen Überspannung überwunden werden. Elektrodenpolarisation und
die Anwesenheit von Überspannung sind wichtige Konzepte für das
Verständnis von Elektrodenprozessen. Ihnen zugrunde liegt die
Tatsache, dass galvanische Zellen auch unterhalb der
Gleichgewichtsspannung (EMK) stets Strom liefern und dass für eine
Elektrolyse eine angelegte Spannung nötig ist, die größer als die
Gleichgewichtsspannung (EMK) ist. Einige wichtige
elektrochemische Geräte (z.B. der Bleiakkumulator) und
elektroanalytische Techniken (z.B. Polarographie) nutzen die
Hemmung (hohe Überspannung) von bestimmten
Elektrodenreaktionen.
Aufgaben
- Zeichnen Sie die Strom-Spannungs-Kurve für die Elektrolyse einer 1M Salzsäure unter Verwendung von Graphitstabelektroden auf und bestimmen Sie die Zersetzungsspannung.
- Diskutieren Sie die physikalischen Prozesse anhand der Kurvenform.
- Durch Austauschen der Graphitstabelektrode gegen eine Serie verschiedener Metallstabelektroden bestimmen und vergleichen Sie die Wasserstoffüberspannungen an diesen Metallen.
Lernziele
- Elektrodenkinetik
- Polarisation
- Überspannung
- irreversible Prozesse
- Elektroden-Elektrolyt-Grenzschicht
- Voltammetrie und Strom-Spannungs-Kurven
- Relevanz für Elektrolysen
- Brennstoffzelle
- Korrosion
- Polarographie
(Versuchsliteratur nur in Englisch)
Vorteile
- Gleichzeitige Messung von Strom und Spannung
- Voreinstellungen für den Versuch erleichtern die Durchführung