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Elektrochemie. Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745 - 1827 ). Luigi Galvani (1737 - 1798 ). Daniell-Element. John Frederic Daniell (1790 - 1845). Oxidation = Elektronenabgabe Reduktion = Elektronenaufnahme Redoxreaktion = Elektronenaustausch. - PowerPoint PPT Presentation
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PC II für BiochemikerEberhard-Karls-Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Prof. Dr. J. Enderlein, http://www.joerg-enderlein.de
Elektrochemie
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta
(1745 1827 )Luigi Galvani (1737 1798 )
PC II für BiochemikerEberhard-Karls-Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Prof. Dr. J. Enderlein, http://www.joerg-enderlein.de
Daniell-Element
John Frederic Daniell (1790 - 1845)
Oxidation = ElektronenabgabeReduktion = Elektronenaufnahme
Redoxreaktion = Elektronenaustausch
Spannung bei Null Strom= Elektromotorische Kraft (EMK)
Spannung = Potential rechts – links
PC II für BiochemikerEberhard-Karls-Universität Tübingen, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Prof. Dr. J. Enderlein, http://www.joerg-enderlein.de
Ladung, Spannung, Felder, Arbeit
links rechts
rechts linksU
Elektrisches Feld:
linksU xL
Spannung
Arbeit = Kraft mal Weg = qEL qU
elektrisches Potential
x xd Udx L
E e e
xeAbstand
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Chemische Reaktion und EMK
2
2
Cuexp
Z2
n B
k eUk Tk
Elektrische Elementarladung e1.602 × 10-19 C
2 2+Zn Cu Zn Cuk
k
Ladungszahl z = 2
2
2
Cuexp
Zn
k GRTk
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Faradaykonstante
2
2
Cu 2expZn B
k eUk Tk
2 2+Zn Cu Zn Cuk
k
2
2
Cu 2expZn
k FURTk
Faradaykonstante F = NA·e96485 C∙mol-1
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Standardpotential
2
2
Cu 2expZn
F URT
0U U U
Standardpotential U°
2
2
Cu 2expZn
k FURTk
2expk FUKk RT
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Normalwasserstoffelektrode
2+2Zn 2H Zn H
k
k
2Zn 2 Zn 0.762 VU aq e
2Cu 2 Cu 0.34 VU aq e
2 2+Cu Zn Cu+Zn
1.102 V
U aq aq
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Zusammengesetzte Reaktionen
Cu Cu 0.52 VU aq e
2
2 +
Cu 2 Cu
Cu
2
Cu Cu Cu
U aq e
U aq e aq U aq e
e
e e
2 +Cu Cu 0.16 VU aq e aq
2Cu 2 Cu 0.34 VU aq e Energieerhaltung!
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Standardpotential und freie Standardenthalpie
2 2+Cu Zn Cu+Zn
1.102 V
U aq aq
2 2+Zn Cu Zn Cuk
k
2exp expk FU GKk RT RT
12 212.65 kJ molG FU
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Nernstgleichung
2
0 2
Culn
2 ZnRTU U
F
Nernst-Gleichung
2
2
Cu 2expZn
F URT
2 2+Zn Cu Zn Cuk
k
2
0 2
Culn
2 Zn
aRTU UF a
Korrekter:
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Spannung durch Konzentrationsgradient
Spezialfall der Nernst-Gleichung
2
2
Znln
2 ZnR
L
aRTUF a
Beispiel:
2Zn 0.1 MRa
2Zn 1 MLa
ln 0.1 29.6 mV2RTU
F
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Membran-Potential Koutc
Kinc
out inU U U
K Na Cl
K Na Cl
K Na Clln
K Na Clout out in
in in out
P P PRTUF P P P
Kln
Kout
in
RTUF
PermeabilitätGoldman-Hodgkin-Katz
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Elektrolyse
Geschmolzenes NaCl
Humphrey Davy1778 – 1829
Soffmenge =Strom×Zeit/Ladungszahl
m QnM zF
Faradays Elektrolysegesetz
Zersetzungsspannung =Mindestspannung
Michael Faraday1791 – 1867
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Leitfähigkeitelektrische Leitfähigkeit
j E
Stromdichte
el. Feld
Dest. H2O: 10-5 S∙cm-1
1M KCl(aq) : 0.102 S∙cm-1
I UA L
Strom Spannung
Fläche Abstand
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Potentialverlauf in der Lösung
Austrittsarbeit Grenzschicht
linearer Bereich
+
IA
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Grenzschicht an der Elektrode
Helmholtzschicht Nernstschicht
+
,0
j
j
cc
Konzentrationsverlauf der jten Ionensorte
exp jz FRT
Wie ist der räumlicheVerlauf von ?
