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4. Elektrochemie

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Band 2 Relativistische Physik - von der Elektrizität zur Optik
This chapter is in the book Band 2 Relativistische Physik - von der Elektrizität zur Optik
4 ElektrochemieDie auf Pionierarbeiten von Alessandro Volta (1745 – 1827), Johann Wilhelm Ritter(1776 – 1810) und Michael Faraday (1791 – 1867) aufbauende Elektrochemie ist ein Teil-gebiet der physikalischen Chemie und zugleich ein Kapitel der Elektrizitätslehre. Wirbeschränken uns hier auf zwei Bereiche, die auch in der Physik eine wichtige Rolle spielen,die Elektrolyse einerseits und Batterien und Akkumulatoren andererseits.4.1 ElektrolyseEineLösungist eine vollständige Mischung von flüssigem Lösungsmittel und gelöstemStoff. Wenn die Lösung einen elektrischen Strom leitet und bei Stromdurchgang einechemische Zersetzungdes gelösten Stoffes oder des Lösungsmittels eintritt, spricht manvonElektrolyse. Solche Lösungen werden alsElektrolyteund geeignete Lösungsmittelalselektrolytische Flüssigkeitenbezeichnet. Der Mechanismus des Ladungstransports inElektrolyten wurde bereits in Abschn. 3.4 besprochen. Wir gehen hier noch auf die dabeiimmer gleichzeitig ablaufenden chemischen Reaktionen ein.Wasserzersetzung.Bei dem inAbschn. 3.4 besprochenen Experiment zur LeitfähigkeitvonWassermit einigen Tropfen Schwefelsäure wurde bereits die dabei stattfindendeelektrolytische Dissoziationerwähnt,H2SO4!2HCCSO24:Man beobachtet bei dem Experiment, dass an den beiden Elektroden Gasblasen auftreten,während dies im Inneren des Elektrolyten nicht der Fall ist. Mit demHofmann’schenZersetzungsapparat(nach August Wilhelm von Hofmann, 1818 – 1892) (IAbb. 4.1)können die Gase aufgefangen und quantitativ analysiert werden.Füllt man das Rohr mit verdünnter Schwefelsäure und lässt einen Gleichstrom durch-fließen, stellt man nach einiger Zeit fest, dass sich an der Kathode das doppelte Gas-volumen gesammelt hat wie an der Anode. Wir erinnern daran, dass in idealen Gasenentsprechend ihrer ZustandsgleichungpVDNkBT(Bd. 1, Abschn. 13.3) die Teilchen-zahldichtenDN=Vnur von Druck und Temperatur, nicht aber von der chemischen Be-schaffenheit abhängt. Doppeltes Gasvolumen bedeutet also die doppelte Molekülanzahl.Eine Analyse ergibt, dass sich an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoffgebildet hat. Das Wasser wird also durch die Elektrolyse in seine Bestandteile H2undO2zerlegt. Die HC-Ionen wandern zur Kathode, geben dort ihre positive Ladung durchAufnahme von Elektronen ab, die H-Atome rekombinieren an der Elektrodenoberfläche

4 ElektrochemieDie auf Pionierarbeiten von Alessandro Volta (1745 – 1827), Johann Wilhelm Ritter(1776 – 1810) und Michael Faraday (1791 – 1867) aufbauende Elektrochemie ist ein Teil-gebiet der physikalischen Chemie und zugleich ein Kapitel der Elektrizitätslehre. Wirbeschränken uns hier auf zwei Bereiche, die auch in der Physik eine wichtige Rolle spielen,die Elektrolyse einerseits und Batterien und Akkumulatoren andererseits.4.1 ElektrolyseEineLösungist eine vollständige Mischung von flüssigem Lösungsmittel und gelöstemStoff. Wenn die Lösung einen elektrischen Strom leitet und bei Stromdurchgang einechemische Zersetzungdes gelösten Stoffes oder des Lösungsmittels eintritt, spricht manvonElektrolyse. Solche Lösungen werden alsElektrolyteund geeignete Lösungsmittelalselektrolytische Flüssigkeitenbezeichnet. Der Mechanismus des Ladungstransports inElektrolyten wurde bereits in Abschn. 3.4 besprochen. Wir gehen hier noch auf die dabeiimmer gleichzeitig ablaufenden chemischen Reaktionen ein.Wasserzersetzung.Bei dem inAbschn. 3.4 besprochenen Experiment zur LeitfähigkeitvonWassermit einigen Tropfen Schwefelsäure wurde bereits die dabei stattfindendeelektrolytische Dissoziationerwähnt,H2SO4!2HCCSO24:Man beobachtet bei dem Experiment, dass an den beiden Elektroden Gasblasen auftreten,während dies im Inneren des Elektrolyten nicht der Fall ist. Mit demHofmann’schenZersetzungsapparat(nach August Wilhelm von Hofmann, 1818 – 1892) (IAbb. 4.1)können die Gase aufgefangen und quantitativ analysiert werden.Füllt man das Rohr mit verdünnter Schwefelsäure und lässt einen Gleichstrom durch-fließen, stellt man nach einiger Zeit fest, dass sich an der Kathode das doppelte Gas-volumen gesammelt hat wie an der Anode. Wir erinnern daran, dass in idealen Gasenentsprechend ihrer ZustandsgleichungpVDNkBT(Bd. 1, Abschn. 13.3) die Teilchen-zahldichtenDN=Vnur von Druck und Temperatur, nicht aber von der chemischen Be-schaffenheit abhängt. Doppeltes Gasvolumen bedeutet also die doppelte Molekülanzahl.Eine Analyse ergibt, dass sich an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoffgebildet hat. Das Wasser wird also durch die Elektrolyse in seine Bestandteile H2undO2zerlegt. Die HC-Ionen wandern zur Kathode, geben dort ihre positive Ladung durchAufnahme von Elektronen ab, die H-Atome rekombinieren an der Elektrodenoberfläche

Chapters in this book

  1. Frontmatter i
  2. Vorwort v
  3. Inhalt vii
  4. Einleitung 1
  5. Teil I. Elektrizität und Magnetismus
  6. 1. Ladung und elektrisches Feld 5
  7. 2. Magnetfeld und Magnetismus 43
  8. 3. Elektrische Leitfähigkeit 83
  9. 4. Elektrochemie 123
  10. Teil II. Elektromagnetisches Feld
  11. 5. Induktion 137
  12. 6. Elektrische Schwingungen 167
  13. 7. Elektromagnetische Wellen 191
  14. Teil III. Strahlen- und Wellenoptik
  15. 8. Strahlenoptik 227
  16. 9. Wellenoptik 267
  17. 10. Lichtausbreitung im Vakuum und in Materie 313
  18. Teil IV. Teilchenoptik und Anwendungen
  19. 11. Optische Strahlung – Infrarot bis Röntgenstrahlung 351
  20. 12. Teilchenoptik 385
  21. 13. Erzeugung von kohärentem Licht – Laser 417
  22. 14. Astrophysikalische Beobachtungen 461
  23. Teil V. Relativistische Physik Albert Einstein
  24. 15. Spezielle Relativitätstheorie 499
  25. 16. Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie 533
  26. Lösungen der Aufgaben 551
  27. Register 559
  28. Wichtige Konstanten und physikalische Größen 573
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https://doi.org/10.1515/9783110226706-006

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  1. Frontmatter i
  2. Vorwort v
  3. Inhalt vii
  4. Einleitung 1
  5. Teil I. Elektrizität und Magnetismus
  6. 1. Ladung und elektrisches Feld 5
  7. 2. Magnetfeld und Magnetismus 43
  8. 3. Elektrische Leitfähigkeit 83
  9. 4. Elektrochemie 123
  10. Teil II. Elektromagnetisches Feld
  11. 5. Induktion 137
  12. 6. Elektrische Schwingungen 167
  13. 7. Elektromagnetische Wellen 191
  14. Teil III. Strahlen- und Wellenoptik
  15. 8. Strahlenoptik 227
  16. 9. Wellenoptik 267
  17. 10. Lichtausbreitung im Vakuum und in Materie 313
  18. Teil IV. Teilchenoptik und Anwendungen
  19. 11. Optische Strahlung – Infrarot bis Röntgenstrahlung 351
  20. 12. Teilchenoptik 385
  21. 13. Erzeugung von kohärentem Licht – Laser 417
  22. 14. Astrophysikalische Beobachtungen 461
  23. Teil V. Relativistische Physik Albert Einstein
  24. 15. Spezielle Relativitätstheorie 499
  25. 16. Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie 533
  26. Lösungen der Aufgaben 551
  27. Register 559
  28. Wichtige Konstanten und physikalische Größen 573
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