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Physikalische Chemie

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Physikalische Chemie

Hast Du Dich schon mal gefragt, wie eine Thermoskanne Tee oder Kaffee für mehrere Stunden warm hält? Oder wie der Akku in Deinem Handy funktioniert? Was ist mit diesen kleinen Handwärmern, die auf magische Weise und wie auf Knopfdruck eine wohlige Wärme generieren und Deine Finger im Winter vor der eisigen Kälte bewahren? All diese Dinge basieren auf Prinzipien der physikalischen Chemie.

Physikalische Chemie Grundlagen

Die physikalische Chemie (PC) ist der Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Sie wendet physikalische Methoden auf Objekte aus der Chemie an.

Das ist natürlich sehr allgemein gesagt. Daher kannst Du Dir einfach merken, dass Forschende der physikalischen Chemie den Ablauf chemischer Reaktionen und den Aufbau von Molekülen komplett hinterfragen und alles bis ins Detail versuchen zu verstehen.

Abgrenzung zu anderen Teilbereichen der Chemie

Die physikalische Chemie ist eines der klassischen Teilgebiete der Chemie, zu denen auch die anorganische (AC) und die organische Chemie (OC) gehören. Wie Du vielleicht schon weißt, beschäftigen sich sowohl die anorganische als auch die organische Chemie ebenfalls mit der Erforschung des Aufbaus und der Umwandlung von Molekülen.

Traditionell befasst sich die organische Chemie dabei mit Stoffen, die eine Kohlenwasserstoffkette enthalten. Weil viele dieser Kohlenstoffverbindungen auch in Lebewesen vorkommen, kannst Du Dir allgemein merken, dass sich dieses Teilgebiet der Chemie hauptsächlich mit den Molekülen der belebten Natur befasst.

Forschende der anorganischen Chemie richten ihren Blick auf Moleküle der unbelebten Natur. Allerdings gibt es auch Ausnahmen dieser Regel, da auch anorganische Stoffe in Lebewesen vorkommen und organische Stoffe teilweise wenig in lebenden Organismen zu suchen hätten, wie es zum Beispiel bei Kunststoffen der Fall ist.

Kommen wir nun zur physikalischen Chemie. Dieses Teilgebiet der Chemie versucht mithilfe physikalischer Methoden chemische Prozesse noch besser zu verstehen, wovon wiederum sowohl die anorganische als auch die organische Chemie profitieren. Ohne physikalische Methoden, wie der Spektroskopie, wäre es zum Beispiel nicht möglich, hergestellte Moleküle auf ihre genaue Struktur hin zu untersuchen.

Die Spektroskopie umfasst unterschiedliche physikalische Methoden zur Strukturaufklärung von Molekülen. Meistens wird zur Untersuchung der Moleküle elektromagnetische Strahlung genutzt. Wenn Dich das Thema interessiert, schau Dir gern die Erklärung zur Strukturaufklärung aus der analytischen Chemie an.

Physikalische Chemie Zusammenfassung

Zur physikalischen Chemie gehören mehrere Themenbereiche, wie die Thermodynamik, die Elektrochemie, die Kinetik und das Massenwirkungsgesetz. All das sind Themen, die mit Reaktionen oder Umwandlungen zu tun haben. Außerdem erforscht die physikalische Chemie die Stoffeigenschaften und das Verhalten unterschiedlicher Moleküle und Mischungen, daher werden auch die Grenzflächenphänomene dazugezählt.

Allein die Namen dieser Unterthemen können erst mal einschüchternd wirken, da sie häufig mathematisch erklärt werden. Das ist aber kein Grund, die Augen vor diesem spannenden Thema zu verschließen. Stell Dir einfach vor, dass die Mathematik die Sprache der physikalischen Chemie ist, die Du nach und nach besser verstehen wirst. Außerdem findest Du zu all diesen Themen einfach verständliche Erklärungen aus dem Bereich der physikalischen Chemie.

Stoffeigenschaften

Bei welcher Temperatur liegt Wasser flüssig vor und wann fängt es an, zu verdampfen? Warum ist das so und nicht anders? Wann ist seine Dichte am größten und warum entsteht eine Wölbung, wenn Du ein Glas mit zu viel Wasser befüllst. All das sind Themen, die im Bereich der Stoffeigenschaften behandelt werden.

In diesem Teilbereich der physikalischen Chemie erfährst Du beispielsweise, was Aggregatzustände sind oder warum Wasser bei 4 °C am dichtesten ist. Hast Du Dich schon mal gefragt, warum die Eiswürfel Deiner Limo immer an der Oberfläche schwimmen? Der Grund dafür ist, dass Eis weniger dicht ist als Wasser.

Das ist übrigens auch der Grund, warum größere Seen im Winter nur an der Oberfläche einfrieren. Stell Dir mal die Konsequenzen vor, wenn das nicht so wäre und der ganze See einfrieren würde. Was würde nur aus all den Fischen werden? Mehr zu diesem Thema findest Du in der Erklärung Anomalie des Wassers im Teilgebiet der physikalischen Chemie.

Im Bereich der Stoffeigenschaften lernst Du außerdem alles zur Viskosität, also warum manche Stoffe zähflüssiger sind als andere. Fragst Du Dich nicht auch, warum Honig im Vergleich zu Wasser so dickflüssig ist?

Hast Du Dich vielleicht schon mal gefragt, warum Wasser bei normalem Druck ausgerechnet bei 100 °C siedet? Oder was die Ursache für die auftretende Oberflächenspannung ist? Bei Wasser sorgt diese für diese typische Wölbung, wenn Du Dein Glas mit zu viel Wasser befüllst.

Beide Phänomene haben etwas mit den anziehenden Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Wassermolekülen zu tun und fallen in den Bereich der Kohäsion. Solche Anziehungskräfte gibt es aber auch zwischen zwei unterschiedlichen Stoffen und sind unter der Bezeichnung Adhäsion bekannt.

Wenn Du Dich stärker in diese Themen der physikalischen Chemie einlesen willst, wirf gern einen Blick in die entsprechenden Erklärungen. Du interessierst Dich explizit für die Wechselwirkungen zwischen Wassermolekülen? Dann schau Dir lieber gleich die Erklärung zu den Wasserstoffbrückenbindungen an!

Grenzfläche

Wenn sich zwei Stoffe chemisch oder physikalisch unterscheiden, können sogenannte Grenzflächen entstehen. Öl und Wasser sind sich beispielsweise chemisch so unterschiedlich, dass sie sich nicht mischen lassen. Wenn Du beide Flüssigkeiten zusammen in einen Behälter kippst, setzt sich das Wasser unten ab und das Öl schwimmt aufgrund der geringeren Dichte oben.

Schüttelst Du Deinen Behälter, erzeugst Du eine sogenannte Emulsion. Hierbei schwimmen kleine Öltropfen im Wasser. Du kannst die beiden Stoffe sogar langfristig miteinander mischen, wenn Du einen Emulgator benutzt.

Emulatoren bilden unter anderen zwischen Öl und Wasser eine Art Brücke, daher werden sie gern in Reinigungsmitteln (Tenside) und in verarbeiteten Lebensmitteln verwendet. Zusätzlich können sie auch als Verbindungsstück zwischen polaren und unpolaren Substanzen dienen.

Du willst mehr zu diesen spannenden Themen aus dem Bereich physikalische Chemie lernen? Dann schau Dir gern die entsprechenden Erklärungen dazu an. Fragst Du Dich außerdem, wie Bäume Wasser bis nach oben zu ihrer Baumkrone transportieren? Dann machst Du mit der Erklärung zur Kapillarwirkung sicherlich alles richtig!

Gleichgewichtsreaktionen

Das nächste große Thema der physikalischen Chemie ist das der Gleichgewichtsreaktionen. Unter Gleichgewichtsreaktionen fallen alle Reaktionen, die in beide Richtungen ablaufen können. Meistens stellt sich nach der Reaktion später ein Gleichgewicht ein, bei dem die Reaktionsgeschwindigkeit nach außen hin fast bei null liegt.

Das heißt aber nicht, dass die Reaktionspartner nicht mehr miteinander reagieren. Die Hin- und die Rückreaktion laufen weiterhin ab, nur eben mit der gleichen Geschwindigkeit, sodass es für uns so erscheint, als hätten die Stoffe abreagiert.

In dieser Unterkategorie dreht sich alles darum, wie schnell Reaktionen ablaufen und wie viel Energie bei einer Umsetzung aufgenommen oder abgegeben wird. Die Reaktionsgeschwindigkeit fällt hier in den Zuständigkeitsbereich der Reaktionskinetik. Sie gibt Dir Antworten darauf, wie hoch die sogenannte Aktivierungsenergie einer Reaktion ist und damit weißt Du dann, wie wahrscheinlich eine Reaktion ist und wie schnell diese abläuft.

Je höher die Aktivierungsenergie einer Reaktion ist, desto langsamer läuft sie in der Regel ab. Sehr hohe Aktivierungsenergien können auch dafür sorgen, dass eine Reaktion überhaupt nicht abläuft. Mehr Informationen zur Reaktionsgeschwindigkeit findest Du in der gleichnamigen Erklärung und unter Reaktionskinetik aus der physikalischen Chemie.

Kommen wir jetzt zur Thermodynamik, einem der größten Themenbereiche der physikalischen Chemie. Die Thermodynamik befasst sich mit allen Fragen zur Energieumwandlung während einer Gleichgewichtsreaktion.

Wenn Du zum Beispiel berechnen willst, wie viel Wärmeenergie bei einer Reaktion frei wird, kannst Du das über die Enthalpie ausdrücken. Die Enthalpie kannst Du Dir als den Wärmeinhalt einer Reaktion vorstellen und tatsächlich wurde sie früher auch so genannt. Generell kannst Du Dir hier merken, dass Reaktionen entweder spontan ablaufen oder dass Du zusätzlich Energie hinzuführen musst.

Mehr zu diesem spannenden Thema erfährst Du in den Erklärungen Enthalpie und Freie Enthalpie im Bereich physikalische Chemie. Vielleicht hast Du schon mal etwas von der sogenannten Entropie gehört. Das ist einfach gesagt ein Maß für die Unordnung eines Systems. Auch dazu findest Du hier eine entsprechende Erklärung.

Außerdem findest Du im Studyset zum Massenwirkungsgesetz genaue Informationen darüber, warum sich manche Stoffe besser in Wasser lösen lassen als andere. Wie Du in der Küche vielleicht schon festgestellt hast, lösen sich Zucker und Salz unterschiedlich gut in Wasser. Der Grund dafür ist das sogenannte Löslichkeitsprodukt.

Du hast noch nie etwas vom Löslichkeitsprodukt gehört? Keine Sorge, mit der Erklärung zu diesem Thema im Bereich physikalische Chemie kommst Du schnell auf den neusten Stand!

Elektrochemie

Im Gebiet der Elektrochemie geht es hauptsächlich um die Elektronenwanderung und den dadurch entstehenden oder den dafür benötigten Strom. Die Grundlage der Elektrochemie bildet dabei die Redoxreaktion.

Zur Redoxreaktion findest Du im Bereich anorganische Chemie eine übersichtliche Erklärung und viele weitere Informationen in der Rubrik physikalische Chemie.

Hier lernst Du zum Beispiel, wie eine Galvanische Zelle funktioniert. Bei diesem Modell fließen Elektronen von einem Element zum anderen, sodass ein Stromfluss entsteht. Gleichzeitig lösen sich immer mehr Atome des einen Elements und liegen anschließend als Ionen vor. Beim anderen Element ist das umgekehrt: die Ionen aus der Lösung nehmen die Elektronen auf und bauen das Element in reiner Form auf.

Auf dieser Grundlage funktionieren übrigens auch Batterien. Wenn Du mehr zur galvanischen Zelle lesen willst, schau Dir gern mal die entsprechende Erklärung dazu an.

Du kannst den Stromfluss einer solchen elektrochemischen Zelle auch umkehren, indem Du Strom in das System einführst. Auf diese Weise erzwingst Du die umgekehrte Reaktion. Dieser Vorgang wird Elektrolyse genannt. Die Elektrochemie hat eine große Bedeutung bei industriellen Anwendungen, da sich Oberflächen über die Elektrolyse mit einem edlen Metall wie Silber beschichten lassen.

Auch zu diesem bedeutsamen Thema findest Du natürlich eine entsprechende Erklärung im Teilgebiet physikalische Chemie.

Physikalische Chemie Beispiele

Eines der gängigsten Alltagsbeispiele für Anwendungen der physikalischen Chemie ist wohl der Akku in Deinem Handy. Hierbei handelt es sich meist um einen Lithium-Ionen-Akku, der aus elektrochemischen Zellen besteht. Beim Entladen tagsüber versorgt der Akku über eine Redoxreaktion Dein Handy mit genug Strom, sodass Du Deine Apps wie gewohnt nutzen kannst. Du kannst Dir also vorstellen, dass die Reaktion fast vollständig abgelaufen ist, wenn Dein Akku allmählich leer geht.

Indem Du Dein Handy mit frischem Strom aus der Steckdose versorgst, regenerierst Du ihn. Durch die frisch eintreffenden Elektronen drehst Du die Redoxreaktion um und bringst die elektrochemischen Zellen in den Ursprungszustand.

Unter Lithium-Ionen-Akku findest Du eine genaue Erklärung zu diesem Thema, wirf also gern einen Blick dort rein.

Ein weiteres Beispiel kennst Du vielleicht aus dem Kosmetikbereich unter dem Namen Mizellen. Als Mizellenwasser wird ein Reinigungsprodukt beworben, das sowohl Fett als auch Schmutzpartikel von der Haut lösen kann. Dabei handelt es sich im Prinzip um eine Emulsion mit kleinen Öltröpfchen. Durch die verwendeten Tenside bleibt dieses Gemisch lange bestehen, ohne dass es zu einer Trennung kommt.

Eine solche Mischung aus Wasser und Öl sorgt für eine gute Reinigung, da gleichzeitig wasser- und fettlösliche Stoffe von Deiner Haut gelöst werden.

Wenn Du mehr zum Thema Mizellen lesen willst, schau Dir gern die Erklärung dazu im Bereich der physikalischen Chemie an.

Physikalische Chemie – Das Wichtigste

  • Die physikalische Chemie nutzt physikalische Methoden und wendet sie auf chemische Phänomene an.
  • Die wichtigsten Themen der physikalischen Chemie sind:

Nachweise

  1. P. Atkins; J. de Paula. (2013). Physikalische Chemie, 5. Auflage. Wiley-VCH
  2. G. Wedler; H-J. Freund. (2012). Lehrbuch der physikalischen Chemie, 6. Auflage. Wiley-VCH

Häufig gestellte Fragen zum Thema Physikalische Chemie

Physikalische Trennverfahren sind Verfahren zur Trennung von Stoffen, die auf ihren unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften basieren. Physikalische Eigenschaften, nach denen getrennt wird, sind:

  • Siedepunkt
  • Gefrierpunkt
  • Sublimationspunkt
  • Löslichkeit
  • Oberflächenbenetzbarkeit
  • Dichte
  • Partikelgröße
  • Partikelträgheit
  • Magnetisierbarkeit
  • elektrische Beweglichkeit

Die Physik und die Chemie sind eng verwandte Bereiche der Naturwissenschaft. Dabei befasst sich die Chemie mit dem Aufbau, den Eigenschaften und der Umwandlung chemischer Stoffe. Die Physik hingegen befasst sich mit Materie und Energie sowie deren Wechselwirkungen. Die physikalische Chemie vereint hierbei beide Welten aus chemischer Sicht. Es werden also die Wechselwirkungen von und in chemischen Stoffen anhand physikalischer Modellen beschrieben und untersucht.

Die Chemie ist kein Teil der Physik. Auch wenn beide Bereiche in der physikalischen Chemie und der chemischen Physik überlappen, sind dies getrennte Bereiche der Naturwissenschaften. Dabei befasst sich die Chemie mit dem Aufbau, den Eigenschaften und der Umwandlung chemischer Stoffe. Die Physik hingegen befasst sich mit Materie und Energie sowie deren Wechselwirkungen. 

Finales Physikalische Chemie Quiz

Frage

Erkläre den Begriff galvanische Zelle. 

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Antwort

Eine galvanische Zelle besteht aus zwei Halbzellen und kann elektrische Energie liefern, indem sie diese aus chemischer Energie umwandelt. 

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Frage

Beschreibe die Vorgänge im Daniell-Element in Worten.

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Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge im Daniell-Element!

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Antwort

Die Atome im Zink-Stab geben Elektronen ab und gehen als Zn2+-Ionen in Lösung. Die freigesetzten Elektronen wandern durch die Kabel zur Oberfläche des Kupfer-Stabes, wo sie Cu2+-Ionen aus der Lösung zu elementaren Cu-Atomen reduzieren. Der Ladungsausgleich zwischen den Halbzellen erfolgt durch eine Wanderung von Sulfat-Ionen durch das Diaphragma von der Cu / Cu2+-Halbzelle in die Zn / Zn2+-Halbzelle.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe die Vorgänge bei einer Elektrolyse.

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Antwort

Bei einer Elektrolyse wird eine Redoxreaktion durch Zufuhr von elektrischem Strom erzwungen. Dabei zersetzt sich der beteiligte Elektrolyt und wird an der Kathode reduziert und an der Anode oxidiert.

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Frage

Wie wird die Galvanische Zelle noch genannt?

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Antwort

Man bezeichnet sie auch als galvanisches Element oder galvanische Kette.

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Frage

Wo wird die Galvanische Zelle verwendet?

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Antwort

Die galvanische Zelle wird in Batterien, Brennzellen und Akkumulatoren verwendet.

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Frage

Welches berühmte Beispiel einer galvanischen Zelle kennst Du?

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Antwort

Ein berühmtes Beispiel für eine galvanische Zelle ist das Daniell-Element.

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Frage

Welche Funktion hat eine Galvanische Zelle?

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Antwort

Die Funktion der galvanischen Zelle ist es, chemische Energie in elektrische Energie zu verwandeln. Denn nur diese kann dann als Strom in Batterien etc. genutzt werden.

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Frage

Wie wird der Stromkreis geschlossen?

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Antwort

Um den Stromkreis zu schließen, werden die beiden Halbzellen mit einem Elektronenleiter/ Salzbrücke verbunden.

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Frage

Wie bestimmt man das Standardpotential einer Halbzelle?

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Antwort

Das Standardpotential einer Halbzelle kann man durch das Verbinden mit einer Normal-Wasserstoff-Halbzelle herausfinden. Wenn diese beiden Halbzellen zu einem galvanischen Element zusammengefügt wurden, kann der Strom, den diese zusammen erzeugen, durch einen Spannungsmesser angezeigt werden. Da die Normal-Wasserstoff-Halbzelle ein Standardpotential von 0 hat, kann so das genaue Standardpotential der zu testenden Halbzelle abgelesen werden.

Frage anzeigen

Frage

Was benötigt man, um die Spannung in einer Galvanischen Zelle zu erzeugen?

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Antwort

Jedes Mal, wenn zwei unterschiedliche Metalle in einer Elektrolytlösung sind, entsteht ein

Spannung (galvanische Zelle).

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel, aus welchen Elektroden eine Galvanische Zelle aufgebaut sein kann.

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Antwort

Aus beispielsweise einer Kupfer- und Silberelektroden kann ein galvanisches Element erzeugt werden.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht aus Kupfer- und Silberelektroden ein

galvanisches Element?

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Antwort

An der Kupferelektrode gehen mehr Cu2+ Ionen in Lösung als Cu-Ionen wieder abgeschieden werden.

Da das Kupfer Elektronen an die Elektrode abgibt, sobald es in die Lösung geht, lädt sich die

Elektrode negativ auf. Es wird zur Anode. An der Silberelektrode scheiden sich hingegen mehr Ag+ Ionen an der Elektrode ab, als in Lösung gehen. Deswegen gibt es an der Silberelektrode Elektronenmangel und sie lädt sich positiv auf, das heißt, sie wird zur Kathode. 

Frage anzeigen

Frage

Wie würdest Du eine galvanischen Zelle aus Kupfer- und Silberelektroden aufbauen?

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Antwort

Dazu taucht man die Kupferelektrode in Kupfersulfat-Lösung und die Silberelektrode in Silbernitratlösung. Dann werden sie durch einen Draht, den Elektronenleiter, mit dem Spannungsmessgerät und einem Ionenleiter verbunden. 

Frage anzeigen

Frage

Was kannst Du mit der Nernst-Gleichung bestimmen?

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Antwort

Mit der Nernst-Gleichung bestimmt man das Elektrodenpotential eines Redox-Paares in Abhängigkeit von den Konzentrationen der beteiligten Substanzen und der Temperatur.

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Ionenbrücke/Salzbrücke?

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Antwort

Die Ionenbrücke ist meist ein U-Rohr, das mit einem Elektrolyten gefüllt ist und dessen Enden mit einer Membran oder einem Diaphragma versehen sind. Sie schließt den Stromkreis, der durch die galvanische Zelle verläuft. 

Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt eine Ionenbrücke/Salzbrücke?

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Antwort

Über diese Salzbrücke erfolgt letztlich ein Anionenaustausch, um der Aufladung der

einzelnen Zellen entgegenzuwirken. Dort entsteht durch die Elektronen ein Strom, welcher genutzt und gemessen werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Wann ist ein Element edel und wann unedel?

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Antwort

Ein edles Element erkennt man an einem positiven Standardpotential, während ein unedles Element ein negatives Standardpotential besitzt.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Daniell-Element?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Daniell-Element ist eine galvanische Zelle, die aus einer Kupfer- und einer Zink-Halbzelle besteht.

Frage anzeigen

Frage

Nach wem wurde das Daniell-Element benannt?

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Antwort

Das Daniell-Element wurde nach dem Entdecker der Zelle benannt: John Frederic Daniell.

Frage anzeigen

Frage

Was für ein Modell ist das Daniell-Element?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Daniell-Element ist ein einfaches Modell für galvanische Zellen.

Frage anzeigen

Frage

Wie ist das Daniell-Element aufgebaut (modellhaft)?

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Antwort

  • Kupferstab und Zinkstab mit ihrer Ionenlösung werden leitend miteinander verbunden
  • Reaktion, wenn beides elektrisch und elektrolytisch miteinander verbunden ist
  • Elektrolytisch: mit Salzbrücke, die Diffusions-Durchmischungen verhindern soll und Ladungsausgleich ermöglicht

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Frage

Was ist die 1. Funktionsweise des Daniell-Elements?

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Antwort

Kupfer ist edler als Zink; d.h. die Lösungstension von Zink ist größer. Daher gehen am Kupferstab nur wenige Kupferionen in die Lösung, während sich am Zinkstab viele Zinkionen ablösen und ihre Elektronen im Metall zurücklassen. Die Zinkelektrode ist deshalb negativer geladen als der Kupferstab. So baut sich eine Spannung auf.

Frage anzeigen

Frage

Was passiert mit den freigewordenen Elektronen im Daniell-Element?

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Antwort

Überschüssige Elektronen im Zink wandern über den Leiter von der Zink-Halbzelle zur Kupfer-Halbzelle. Dabei lässt sich eine Spannung von 1,11 Volt messen. 

Frage anzeigen

Frage

Wieso gewinnt die Kupferelektrode an Volumen?

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Antwort

Die gelösten Kupferionen nehmen die gewanderten Elektronen auf und lagern sich als elementares Kupfer an der Elektrode ab.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die 4. Funktionsweise des Daniell-Elements?

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Antwort

Nun gehen auf der einen Seite positive Zinkionen in die Lösung und auf der anderen Seite lagern sich Kupferionen ab. Es muss ein Ladungsausgleich stattfinden, was über die Salzbrücke passiert. So wird der Stromkreis geschlossen. Die beiden Teilvorgänge dieser Redoxreaktion können räumlich getrennt werden. So

gehen die Elektronen nicht direkt vom System Zn/Zn2+ auf das System Cu/Cu2+ über, sondern wandern zuerst über einen Draht vom Zn zum Cu. Es fließt ein Elektronenstrom.

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man die getrennten Teilsysteme?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Teilsysteme in einem galvanischen Element nennt man Halbzellen.

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Frage

Was stellt der Plus-/Minus-Pol dar?

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Antwort

Beim Daniell-Element stellt die Anode den Minuspol und die Kathode den Pluspol dar.

Frage anzeigen

Frage

Welche Zuordnung gilt bei der Anode und Kathode?

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Antwort

Die Anode ist die Elektrode, an der Teilchen oxidiert werden. Die Kathode ist die Elektrode, an der Teilchen reduziert werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne eine Eselsbrücke, um sich die Zuordnung der Anode und Kathode zu merken.

Antwort anzeigen

Antwort

  • An-o-de: An Oxidation denken
  • O-M-A (Oxidation, Minuspol, Anode)
  • Anode und Oxidation- das A und O der Elektrochemie
  • A O K (R)- Anode-Oxidation; Kathode-Reduktion

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Redoxreaktion?

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Antwort

Es ist eine Reaktion, bei der eine Reduktion und eine Oxidation stattfindet. Einer der Reaktionspartner überträgt dabei Elektronen auf den anderen.

Frage anzeigen

Frage

Woraus bestehen die Elektroden einer Elektrolysezelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektroden bestehen beispielsweise aus einem leitfähigen Metall oder Graphit.

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Frage

Welcher wichtige Stoff kann durch die Elektrolyse gewonnen werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoff

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Frage

Wofür wird die Elektrolyse im Allgemeinen genutzt?

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Antwort

Die Elektrolyse wird häufig genutzt, um einen Stoff mit Strom zu trennen beziehungsweise umzuwandeln. Technisch kommt sie unter anderem zum Einsatz, um Metalle wie Aluminium zu gewinnen.

Frage anzeigen

Frage

Die Elektrolyse kann auch als die Umkehrung der ... bezeichnet werden.

Antwort anzeigen

Antwort

galvanischen Zelle

Frage anzeigen

Frage

Wie läuft eine Elektrolyse ab?

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Antwort

  • In eine Elektrolytlösung werden zwei Elektroden eingetaucht.
  • An den beiden Elektroden wird dann ein elektrischer Gleichstrom angelegt, das heißt, es gibt einen Pluspol (Anode) und einen Minuspol (Kathode).
  • Die Elektronen sammeln sich vermehrt an der Kathode.
  • An der Anode findet eine Oxidation und an der Kathode eine Reduktion statt.
  • An den Elektroden entstehen die gewünschten Reaktionsprodukte.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Elektrolyt?

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Antwort

Der Elektrolyt ist eine leitfähige Lösung, in der sich Ionen befinden, die reduziert oder oxidiert werden können.

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Frage

Wie hoch muss die Spannung sein, damit eine Elektrolyse stattfinden kann?

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Antwort

Es muss mindestens die Zersetzungsspannung \(U_z\) eingestellt werden.

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Frage

Wo können Überspannungen entstehen?

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Antwort

Sie können sowohl an der Anode als auch an der Kathode entstehen und die eigentlich benötigte Spannung zusätzlich erhöhen.

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Frage

Wie wird das Prinzip des kleinsten Zwanges noch genannt und weshalb?

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Antwort

Eine andere Bezeichnung für das Prinzip des kleinsten Zwanges ist das Prinzip von Le Chatelier. Das geht auf die Entdecker dieses Prinzips zurück. Ihre Namen lauteten Henry Le Chatelier und Ferdinand Braun. Sie formulierten das Prinzip des kleinsten Zwanges zwischen 1884 und 1888. 

Frage anzeigen

Frage

Wieso gehört das Prinzip des kleinsten Zwanges zu den wichtigen Kenntnissen, wenn es um chemische Gleichgewichtsreaktionen geht?

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Antwort

Das Prinzip des kleinsten Zwanges zu kennen ist deshalb wichtig, weil Du durch diese Kenntnisse verstehen kannst, wie Du eine chemische Reaktion durch äußere Einflüsse so beeinflussen kannst, dass die Ausbeute eines gewünschten Produkts maximiert werden kann.

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Frage

Was besagt das Prinzip des kleinsten Zwanges?

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Antwort

Das Prinzip des kleinsten Zwanges besagt: "Wird auf ein System, das sich im chemischen Gleichgewicht befindet, ein Zwang ausgeübt, verschiebt sich die Lage des Gleichgewichts so, dass die Wirkung des Zwanges minimal wird."

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Frage

Was kannst Du Dir grob gesagt unter "Zwängen" vorstellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Zwänge nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges sind Änderungen der äußeren Bedingungen, bei der eine Reaktion abläuft. Das können Änderungen der Temperatur oder des Drucks den, die auf ein System herrschen oder auch die Änderung von Stoffmengenkonzentrationen der beteiligten Stoffe. 

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Frage

Was gilt es im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges bei allen Konzentrationen im chemischen Gleichgewicht zu beachten?

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Antwort

Es gilt im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges bei allen Konzentrationen im chemischen Gleichgewicht zu beachten, dass deren Verhältnis nach Massenwirkungsgesetz, für eine konstante Temperatur, konstant sind. 


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Frage

Wie wirkt eine Erhöhung der Konzentration der Edukte bei der Ammoniak-Synthese auf das Gleichgewicht?

Antwort anzeigen

Antwort

Nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges muss bei erhöhter Konzentration der Ausgangsstoffe die Hinreaktion vermehrt ablaufen, damit das Gleichgewicht wieder hergestellt wird. So wird vermehrt Produkt gebildet, bis die Gleichgewichtskonstante wieder ihren typischen Wert erreicht. 

Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt eine starke Temperaturerniedrigung laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges?

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Antwort

Eine starke Temperaturerhöhung führt laut dem Prinzip des kleinsten Zwanges dazu, dass diejenige Reaktion gefördert wird, bei der Energie verbraucht wird. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Merksätze solltest Du im Zusammenhang mit einer Änderung der Stoffmengenkonzentration im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges kennen?

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Antwort

  • Erhöhung der Konzentration von Edukten, dann verstärkte Produktbildung und umgekehrt.
  • Verringerung der Konzentration eines Produkts durch ständige Entnahme, dann verstärkter Ablauf einer Hinreaktion.

Frage anzeigen

Frage

Wann hat eine Änderung des Drucks Einfluss auf die Lage des chemischen Gleichgewichts?

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Antwort

Bei Reaktionen mit Beteiligung von Gasen kann eine Druckänderung nur dann das chemische Gleichgewicht beeinflussen, wenn die Anzahl an Stoffteilchen auf beiden Seiten unterschiedlich voneinander ist. 

Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges eine Erhöhung des Drucks?

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Antwort

Bei einer Druckerhöhung haben die Gasteilchen insgesamt weniger Platz zur Verfügung. Um dem entgegenzusteuern, wird die Reaktion gefördert, bei der weniger Gasteilchen entstehen. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Merksätze solltest Du im Zusammenhang mit einer Änderung des Drucks im Sinne des Prinzips des kleinsten Zwanges kennen?

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Antwort

  • Bei einer Druckerhöhung wird die Reaktion bevorzugt, bei der weniger Mol Gas entstehen.
  • Bei einer Druckerniedrigung wird die Reaktion bevorzugt, bei der mehr Mol Gas entstehen. 

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