Anorganische Chemie

Elektrolyse Anwendungsgebiete

Die Elektrolyse findet insbesondere für verschiedenste technischen Stofftrennungen Anwendung. Doch auch zur Metallbearbeitung und Abwasserreinigung kann sie verwendet werden. Hier gehen wir näher darauf ein, wo die Elektrolyse Anwendung findet.

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Inhaltsübersicht

Chloralkalielektrolyse

Mit der Chloralkalielektrolyse kannst du Chlor, Wasserstoff und Natronlauge aus Natriumchlorid und Wasser erzeugen. Du kannst dabei zwischen drei technischen Verfahren unterscheiden:

Beim Diaphragmaverfahren werden der Kathoden- und der Anodenraum durch ein Diaphragma aus Asbest getrennt. Die Kathode besteht meist aus Stahl und die Anode aus beschichtetem Titan. Die Anoden- und Kathodenreaktionen setzen sich wie folgt zusammen:

Anode:

2Cl^-(aq) \longrightarrow Cl_2 (g) +2e^-

Kathode:

H_3O^+ (aq) + 2e^- \longrightarrow OH^- (aq) + H_2 (g)

Deine nun freien Natriumionen (Na^+) können sich mit den entstandenen Hydroxidionen (OH^-) zu Natronlauge (NaOH) bis zu einer Konzentration von ca. 15% verbinden.

Die zweite Methode ist das sogenannte Membranverfahren. Hierbei wird das Diaphragma durch eine dünne chlorbeständige Membran ersetzt. Wie beim Diaphragmaverfahren besteht die Anode aus Titan, die Kathode jedoch aus Nickel. Die chemischen Reaktionen entsprechen denen des Diaphragmaverfahrens.

Membranverfahren, Elektrolyse Anwendungsgebiet Beispiel
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Membranverfahren

Als dritte und letzte Methode zur Chloralkalielektrolyse kannst du das Amalgamverfahren verwenden. Dieses besteht aus einer Titan-Anode und einer Quecksilber-Kathode. Das an der Kathode gebildete Natrium löst sich in dem Quecksilber als Natriumamalgam auf. Durch diese Reaktion erhält das Amalgamverfahren auch seinen Namen.
Theoretisch können folgende Elektrodenreaktionen ablaufen:

Anode:

2Cl^- (aq) \longrightarrow Cl_2 (g) + 2e^-
4 OH^- (aq) \longrightarrow O_2 (g) + 2H_2O +4e^-

Kathode:

Na^+ (aq) + e^- \longrightarrow Na
2H_3O^+ (aq) +2e^- \longrightarrow H_2 + 2H_2O

Das Natrium reagiert an der Quecksilber-Kathode sofort zu Natriumamalgam.

Na \cdot Hg_x

Wenn du nun Natronlauge aus der Reaktion erhalten willst, dann muss dein Natriumamalgam in einer weiteren Kammer, dem Amalgamzersetzer, zur Reaktion gebracht werden. Durch die Reaktion mit Wasser zersetzt sich das Natrumamalgan zu Natronlauge:

2 Na \cdot Hg_x + 2 H_2 O \longrightarrow 2NaOH (aq) + H_2 (g)

Als Gesamtreaktion erhältst du:

2 NaCl (aq) + 2H_2 O \longrightarrow 2NaOH (aq) + Cl_2 (g) + H_2 (g)

Chloralkalielektrolyse Gesamtreaktion Elektrolyse Anwendungsgebiete
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Chloralkalielektrolyse Gesamtreaktion

Kolbe Elektrolyse

Bei der Kolbe Elektrolyse werden Carbonsäuren oder dessen Salze (Carboxylate) gespalten. Ziel dieser Reaktion ist es, zwei Reste aneinander zu kuppeln. Zuerst entstehen dabei Radikale, die dann zu verschiedenen Kohlenwasserstoffen weiterreagieren können. So konnte der Entdecker der Reaktion Herrmann Kolbe beispielsweise aus Essigsäure Ethan herstellen.

Galvanik

In der Galvanik, oder auch Galvanotechnik, wird die Elektrolyse zur Abscheidung von metallischen Niederschlägen verwendet. Da die Qualität eines Werkstücks oft von seinem metallischen Glanz abhängig ist, ist die Effektivität der Elektrolyse hier besonders wichtig.

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