Die elektrochemische Spannungsreihe?
Ich habe schon mal paar Fragen zu der Spannungsreihe gestellt, allerdings hätte ich jetzt noch ein paar:
Aufabe 1: Ist Quecksilber edler als Gold?
Müsste ich hier dann die Werte der Standardpotentiale der reduzierten Form angucken? Sprich Gold wäre dann 1,69V , 1,36V oder 1,41V. Quecksilber hat 0,852V. Alle Werte von Gold sind höher also ist Gold edler oder? Was würde man beispielsweise machen, wenn eines dieser Werte unter dem von Quecksilber liegen würde?
Aufgabe 2: Scheidet sich Kupfer ab, wenn Kupferoxid in eine Aluminiumchlorid-Lösung eingetaucht wird?
Hier wüsste ich nicht was ich machen sollte.
Aufgabe 3: Bilden Blei und Chlor unter Standardbedingungen freiwillig Bleichlorid?
Um das vorher zu sagen, müsste die Summe der Standardpotentiale positiv sein. Die Rechnung wäre: 1,36V -(-0,13V) = 1,49V
Es läuft also freiwillig oder?
Aufgabe 4: Wird Eisen vor Korrosion geschützt, wenn man es mit Zinn in Kontakt bringt?
Hier wüsste ich wieder nicht, was ich genau machen soll.
Danke voraus.
2 Antworten
Grundsätzlich wird ein Potential nicht für einen Stoff oder ein Element angegeben, sondern für ein Stoffpaar bzw. eine Reaktion. So ist mit dem Potential von Gold i.d.R. das der Reaktion Au -> Au³⁺(aq) + 3 e⁻ gemeint. Bei Anwesenheit von Chlorid ist die Reaktion anders, Au + 4 Cl⁻ -> AuCl₄⁻ + 3 e⁻, es bildet sich ein Komplex, und das Potential ist niedriger. Deswegen löst sich Gold in Königswasser.
Im Übrigen ist Zinn edler als Eisen, nicht mit Zink verwechseln! Und auch hier must du aufpassen, die richtigen Reaktionen zu vergleichen:
Sn -> Sn³⁺(aq) + 2 e⁻ vs. Fe -> Fe³⁺(aq) + 2 e⁻
Vierwertiges Zinn oder dreiwertiges Eisen kann man hier außen vorlassen, aber das sollte man bewusst tun.
Entschuldigung, da hab ich bei Copy&Paste die Hochzahl vergessen anzupassen. Muss natürlich Sn²⁺ und Fe²⁺ heißen.
Vierwertiges Zinn oder dreiwertiges Eisen kann man hier außen vorlassen, weil das ein klassisches Beispiel ist, innen mit Zinn beschichtete Konservendosen, bei denen das Eisen in Lösung geht, sobald die Zinnschicht beschädigt ist. Deswegen das Gerücht, dass man zerbeulte Dosen nicht kaufen sollte. Im Innern einer Dose ist nun mal kein Sauerstoff, daher wird nicht zu +4 bzw. +3 oxidiert.
Danke.
Dann noch kurz zur Freiwilligkeit von Reaktionen anhand von Zink und Kupfer. Obwohl Kupfer edler ist, wird am Ende nur diese Reaktion freiwillig ablaufen:
Cu + Zn2+ -> Cu2+ + Zn
Das edlere Metall gibt seine Elektronen ab. Hier versteh die Logik nicht ganz. Kann man anhand der Potentialdifferenzale ausrechnen aber ich versteht nicht warum das freiwillig passiert obwohl das von der Logik her nicht ganz hin haut finde ich. Ich würde nämlich spontan sagen, dass das edlere Metall am Ende elementar vorliegen sollte...
Die Reaktion läuft so nicht ab, sondern in Gegenrichtung, nach links. Je edler ein Metall ist, desto lieber will es seine Elektronen behalten, bzw. zurück, wenn es sie verloren hat. Deswegen ist die Spannung ja positiv, es herrscht Elektronenmangel bzw. -sog.
Hab ich mir halt gedacht... so eine Webseite hat nämlich was anderes behauptet. Also ist es ja:
Cu2+ + Zn -> Cu + Zn2+
Die Potenzialdifferenz wird ja so ausgerechnet:
E: E0(Kathode)-E0(Anode)
Wie würde man das aber anwenden, wenn man zum Beispiel Eisen und Zinn in Kontakt hat? Was ist denn dann die Kathode und was die Anode? Gibt es ja an sich gar nicht...
Du benötigst zur Lösung Deiner Fragen die elektrochemische Spannungsreihe.
Zu 1) Je positiver E° (das Normalpotenzial) des Redoxsystems ist, desto "edler" ist es. "Edler" heißt: Das Redoxsystem im reduzierten Zustand kann nur von einem anderen oxidiert werden, das ein noch positiveres Normalpotenzial hat und selbst im oxidierten Zustand vorliegt, also z.B. von Fluoridionen (das Redoxsystem des Fluor hat E° = 2,78 V). Stoffe mit einem kleineren Normalpotenzial als dem des Quecksilber reagieren weden mit Hg noch mit Au.
Zu 2) Nein, es findet keine Redoxreaktion statt. Das Kupferion könnte aufgrund des Normalpotentials des Kupferredoxsystems reduziert werden, das Aluminiumion kann aber nicht oxidiert werden, denn es liegt schon im oxidierten Zustand vor. Das Chloridion könnte Elektronen abgeben, aber das Redoxsystem des Chlor hat ein noch größeres Redoxpotenzial als das Kupfer und wird deshalb nicht oxidiert.
Zu 3) Es findet eine Redoxreaktion statt. Das unedlere Pb (E° = -0,13 V) gibt an das edlere Redoxsystem Chlor (E° = +1,36 V) Elektronen ab. Dabei nimmt das Chlor Elektronen auf und wird zum Chloridion.
Zu 4) Diese Aufgabe ähnelt der von Nr. 3. Findest Du selbst die Lösung?
Das Redoxsystem im reduzierten Zustand kann nur von einem anderen oxidiert werden, das ein noch positiveres Normalpotenzial hat und selbst im oxidierten Zustand vorliegt, also z.B. von Fluoridionen
1) Warum oxidierter Zustand, wenn dann am Ende von Fluoridionen die Rede ist? Ist das nicht der reduzierte Zustand oder was hab ich nicht genau verstanden?
2) Würde also nur klappen, wenn man elementares Aluminium hinzugeben würde oder?
4) Ich hätte ja gesagt, weil Zinn unedler ist und deshalb seine Elektronen an Eisen abgibt oder?
Zu 4) nochmal:
Ich müsste hier dann die Werte von
Fe3++ 3 e− ⇌ Fe −0,037 V
Sn2++ 2 e− ⇌ Sn −0,141 V
angucken oder?
Wenn man Eisen durch Verzinnen schützen soll, dann ist die Voraussetzung, dass das Zinn nicht mit dem Eisen reagiert.
Redoxsysteme:
Sn ⇌ Sn²⁺ + 2 e⁻ E° = -0,16 V
Fe ⇌ Fe²⁺ + 2e⁻ E° = -0,44 V
Das Eisen könnte Elektronen an das Zinnredoxsystem abgeben, aber das elektropositivere Redoxsystem Sn//Sn²⁺ + 2 e⁻ kann keine Elektronen aufnehmen, denn es liegen keine Zinnionen vor.
Übrigens dient das Verzinnen von Dosen dazu, um das Eisen durch Reaktion mit Luftsauerstoff zu bewahren.
Zu 1)
2 F⁻ ⇌ F₂ + 2 e⁻ E° = +2,87 V
Au ⇌ Au⁺ + e⁻ E° = +1,5 V
Gold kann mit Fluor reagieren. Ich habe mich oben verschrieben.
Zu 2)
Cu ⇌ Cu²⁺ + 2 e⁻ E° = +0,35 V
Al ⇌ Al³⁺ + 3 e⁻ E° = -1,66 V
Al kann oxidiert werden, da die Kupferionen aufgrund des positiveren E° dieses Redoxsystems reduziert werden können.
Zu 4) siehe meinen Kommentar unten.
Woher hast du den Wert -0,16 V? Ich finde nur -0,141 V...
Außerdem:
Wieso liegen keine Zinnionen vor? Weil es an sich gar nicht erst reagiert hat? Sprich man hat eig. nur Eisen und Zinn?
Wenn man ausführliche Redoxtabellen betrachtet, dann steht hinter den E°-Werten welche Institution diese Werte verwendet. So findet man bei Zinn E°-Werte von -0,16V, aber meist von -0,14 V.
Wenn Eisen verzinnt wird, dann sind Zinnionen, die sich an der Oberfläche durch eine irgendwelche Oxidation gebildet haben gegenüber dem geamten Zinn zu vernachlässigen.
Wieso 2 e- bei beiden Reaktionen? Sind doch 3 Elektronen. Und warum Sn3+? Zinn kommt doch nur in 4+ und 2+ stabil vor oder diente das nur zum Vergleich zum Eisen? Oder meintest du Sn2+ und Fe2+ und 2e- und hast dich nur verschrieben?
Wieso ist Zinn überhaupt edler als Eisen? Laut wiki ist Eisen einmal edler und einmal unedler...
Fe3++ 3 e− ⇌ Fe −0,037 V
Sn2++ 2 e− ⇌ Sn −0,141 V
Fe2++ 2 e− ⇌ Fe −0,44 V
Warum sollte man dreiwertiges Eisen außen vor lassen? Weil es gar nicht erst reagieren würde?
Das vierwertige Zinn lässt man außen vor, weil es nur auf dem zweiwertigen reduziert wird oder?