Chemie II an der Montanuniversität Leoben | Karteikarten & Zusammenfassungen

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Elektrische Stom Definition

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Elektrischer Strom ist ein Fluss von elektrischer Ladung (z.B. Elektronen)

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Elektrische Ladung Definition + Elementarladung

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Die elektrische Ladung (Ladungsmenge ) Q bestimmt die elektromagnetiscche Wechselwirkung. Die Ladung kann positiv oder negativ sein.

Die Einheit der Ladung Q ist Coulomb [C].


Die Elementarladung e = 1,602 176 634 x 10^-19  C

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Stromstärke Def.

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Die Stromstärle I bemisst den elektrischen Strom.

Einheit: Ampère [A]


1 a enspricht dem Fluss von 1 C/a.  (1C = 1As)


Um eine Ladung von 1C gegen ein Potential von 1V zu bewegen, benötigt man die Energie von 1J : 1J = 1V x C

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Elektrochemie Def.

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Die Elektrochemie befasst sich mit chemischen Reaktionen, die im elektrischen Strom verknüpft sind:


  • Galvansiche Zelle (Elektrischen Strom wird bei der chemischen Reaktion erzeugt)
  • Elektolyse (Chemische Reaktionen werden durch elektrischen Strom hervorgeführt)
  • Analytische Methoden (Elektrogravimetrie, Voltammetrie, Potentiometrie)


Elektrochemie beruht auf chemischen Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Reaktionspartner auf einen anderen übertragen werden: REDOXREAKTIONEN

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Elektrolytisches Beschichten

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  • die elektrolytische Abscheidung eines dünnen Metallfilms auf einem Gegenstand
  • verbreitet für jene Metalle, die leicht reduziert weden können
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Elektrolyse:

Elektrolytische Zelle def. und Aufgabe:

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Eine elektrolytische Zelle ist eine elektrochemische Zelle, bei der der elektrische Strom eingesetzt wird um eine ansonsten nicht spontane chemsche Reaktion durchzuführen.


Elektrolytische Zelle - Gewinnung von verschiedenen Stoffen durch Anlegen einer Spannung.

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Glaselektrode Zusatz

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Diese Einstabmessketteist aus einem inneren Rohr und einem äußeren Mantel aufgebaut. Der äußere Mantel dient als Referenzelektrode (Silber-Silberchlorid-Elektrode) und besteht aus einem Silberdraht, Silberchlorid und einer Elektrolytlösung (meist Kaliumchlorid). Auch im inneren Rohr befinden sich Silberdraht, Silberchlorid und Kaliumchloridlösung, die zusätzlich noch einen Puffer (Phosphatpuffer) enthält. Das innere Rohr ist mit der Glasmembran mit der zu essenden Lösung verbunden, der äußere Mantel wiederum mit einem Diaphragma. Die Referenzelektrode steht über ein Diaphragma (meist Platinschwamm oder poröse Keramik) in elektrischem Kontakt mit der Messlösung. Das Diaphragma unterbindet den Stoffaustausch mit der Lösung weitgehend, um das Potential der Referenzelektrode nicht durch Fremdionenzu verändern. In dem Messstab befindet sich die Messelektrode in einer auf pH 7 eingestellten, gepufferten Kaliumchloridlösung. Diese steht durch eine sehr dünne Glasmembran (≈ 50 μm) in leitender Verbindung mit der Messlösung, an der das zur pH-Messung verwendete Potential entsteht. Die in der Glasmembran befindlichen Natriumionen sind relativ frei beweglich, für Wasserstoffionenist die Membran aber undurchlässig. Dennoch können die WasserstoffionenGitterplätze an den Sauerstoffanionen der unterkühlten Silikatschmelzeeinnehmen, da diese bei Kontakt mit der wässrigen Lösung an der Oberfläche beginnt aufzuquellen. Ein niedriger pH-Wert hat zur Folge, dass die Wasserstoffionendie 73


Gitterplätze bevölkern und Natriumionen in die Membran „zurückdrängen“. Da diese in der Membran frei beweglich sind, werden sie tendenziell auf die Innenseite der Membran verschoben, die gemessene Potentialdifferenz entsteht. Bei einem hohen pH-Wert überwiegt die Wasserstoffionenkonzentration im Inneren des Messstabes, der beschriebene Prozess läuft in anderer Richtung ab, das Potential entsteht mit anderem Vorzeichen.

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Wichtige Elektrolyse Beispiele: (Schmelzflusselektrolyse)

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Zur Herstllung der Reinen Metallevon Natrium (Downs Zelle), Kalium, Magnesium, (Calcium, Seltene Erden), Aluminium


NaCl (wässrige Lösung)

Membran-Verfahren, Diaphragma-Verfahren, Amalgam-Verfahren

CuSo4 (wässrige Lösung

  • Rafination von Kupfer
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Galvanische und Elektrolysezellen haben viel gemeinsam, aber es gibt folgende wichtige Unterschiede:

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  1. Bei Elektroden befinden sich (in der Regel) im gleichen Kompartiment in der elekrolytischen Zelle
    • Elektrodenräume sind nicht getrennt
    • Eine Elektrolysezelle hat einen eiheitlichen Elektrolyten
  2. Die Bedingungen entsprechen normalerweise nicht den Standard bedingungen: Gasdrücke selten bei 1bar und Ionenkonzentration oft nicht 1 mol/l.


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Elektrolyse in wässrigen Lösungen (Was kann auftreten, wieso?)

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Achtung! es können Reaktionshemmungen auftreten:

z.B durch Änderung des Aggregatzustandes - (höhere Aktivierungsenergie - d.H. höhere Spannung notwendig)

ist auch abhängg vom Elektrodenmaterial (katalytischer Effekt


z.B. Überspannung (eine höhere Spannung als die theoretische berechnete ist erforderlich - Änderung der sTellung in der Elektrochemischen Spannungsreihe:

  • Konzentrationsüberspannung (s Polarographie)
  • Widerstandsüberspannung (Widerstand der Zu- und Ableitungen und der Elektrolyten)
  • z.B. Wasserstoffüberspannung - die zum Freisetzen von Wasserstoff erforderliche Überspannung (sehr hoch - z.B am QUecksilber)


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Unterschied galvanische Zelle und Elektrolysezelle (kurz)

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galvanische Zelle: spontan ablaufende elektrochemische Reaktionen ergibt elektrische Energie


Elektolysezelle: nicht spontan ablaufende elektrochemische Reaktionen werden durch elektrische Energie betrieben


  • 2 Elektronen sind in einer Salzschmelze oder einer wässrigen Lösung
  • Einer Stromquelle dient als Elektronenpumpe
  • Richtung der Elektronenflusses ist von der Stromquelle vorgegeben
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Sekundäre Zellen

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  • galvanische Zellen während ihrer Entladung
  • elektrolytische Zellen während ihrer Ladung


  • Hohe Anforderung an das Elektrodenmaterial
  • Sorgfältige Auswahö und Auslegung notwendig


Bei der Entladungsreaktion:

  • Produkte müssen unlöslich sein,
  • sollen an den Elektroden haften,
  • sollen nicht in den Elektolyten gelangen und wegdiffundieren
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Q:

Elektrische Stom Definition

A:

Elektrischer Strom ist ein Fluss von elektrischer Ladung (z.B. Elektronen)

Q:

Elektrische Ladung Definition + Elementarladung

A:

Die elektrische Ladung (Ladungsmenge ) Q bestimmt die elektromagnetiscche Wechselwirkung. Die Ladung kann positiv oder negativ sein.

Die Einheit der Ladung Q ist Coulomb [C].


Die Elementarladung e = 1,602 176 634 x 10^-19  C

Q:

Stromstärke Def.

A:

Die Stromstärle I bemisst den elektrischen Strom.

Einheit: Ampère [A]


1 a enspricht dem Fluss von 1 C/a.  (1C = 1As)


Um eine Ladung von 1C gegen ein Potential von 1V zu bewegen, benötigt man die Energie von 1J : 1J = 1V x C

Q:

Elektrochemie Def.

A:

Die Elektrochemie befasst sich mit chemischen Reaktionen, die im elektrischen Strom verknüpft sind:


  • Galvansiche Zelle (Elektrischen Strom wird bei der chemischen Reaktion erzeugt)
  • Elektolyse (Chemische Reaktionen werden durch elektrischen Strom hervorgeführt)
  • Analytische Methoden (Elektrogravimetrie, Voltammetrie, Potentiometrie)


Elektrochemie beruht auf chemischen Reaktionen, bei denen Elektronen von einem Reaktionspartner auf einen anderen übertragen werden: REDOXREAKTIONEN

Q:

Elektrolytisches Beschichten

A:
  • die elektrolytische Abscheidung eines dünnen Metallfilms auf einem Gegenstand
  • verbreitet für jene Metalle, die leicht reduziert weden können
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Q:

Elektrolyse:

Elektrolytische Zelle def. und Aufgabe:

A:

Eine elektrolytische Zelle ist eine elektrochemische Zelle, bei der der elektrische Strom eingesetzt wird um eine ansonsten nicht spontane chemsche Reaktion durchzuführen.


Elektrolytische Zelle - Gewinnung von verschiedenen Stoffen durch Anlegen einer Spannung.

Q:

Glaselektrode Zusatz

A:

Diese Einstabmessketteist aus einem inneren Rohr und einem äußeren Mantel aufgebaut. Der äußere Mantel dient als Referenzelektrode (Silber-Silberchlorid-Elektrode) und besteht aus einem Silberdraht, Silberchlorid und einer Elektrolytlösung (meist Kaliumchlorid). Auch im inneren Rohr befinden sich Silberdraht, Silberchlorid und Kaliumchloridlösung, die zusätzlich noch einen Puffer (Phosphatpuffer) enthält. Das innere Rohr ist mit der Glasmembran mit der zu essenden Lösung verbunden, der äußere Mantel wiederum mit einem Diaphragma. Die Referenzelektrode steht über ein Diaphragma (meist Platinschwamm oder poröse Keramik) in elektrischem Kontakt mit der Messlösung. Das Diaphragma unterbindet den Stoffaustausch mit der Lösung weitgehend, um das Potential der Referenzelektrode nicht durch Fremdionenzu verändern. In dem Messstab befindet sich die Messelektrode in einer auf pH 7 eingestellten, gepufferten Kaliumchloridlösung. Diese steht durch eine sehr dünne Glasmembran (≈ 50 μm) in leitender Verbindung mit der Messlösung, an der das zur pH-Messung verwendete Potential entsteht. Die in der Glasmembran befindlichen Natriumionen sind relativ frei beweglich, für Wasserstoffionenist die Membran aber undurchlässig. Dennoch können die WasserstoffionenGitterplätze an den Sauerstoffanionen der unterkühlten Silikatschmelzeeinnehmen, da diese bei Kontakt mit der wässrigen Lösung an der Oberfläche beginnt aufzuquellen. Ein niedriger pH-Wert hat zur Folge, dass die Wasserstoffionendie 73


Gitterplätze bevölkern und Natriumionen in die Membran „zurückdrängen“. Da diese in der Membran frei beweglich sind, werden sie tendenziell auf die Innenseite der Membran verschoben, die gemessene Potentialdifferenz entsteht. Bei einem hohen pH-Wert überwiegt die Wasserstoffionenkonzentration im Inneren des Messstabes, der beschriebene Prozess läuft in anderer Richtung ab, das Potential entsteht mit anderem Vorzeichen.

Q:

Wichtige Elektrolyse Beispiele: (Schmelzflusselektrolyse)

A:

Zur Herstllung der Reinen Metallevon Natrium (Downs Zelle), Kalium, Magnesium, (Calcium, Seltene Erden), Aluminium


NaCl (wässrige Lösung)

Membran-Verfahren, Diaphragma-Verfahren, Amalgam-Verfahren

CuSo4 (wässrige Lösung

  • Rafination von Kupfer
Q:

Galvanische und Elektrolysezellen haben viel gemeinsam, aber es gibt folgende wichtige Unterschiede:

A:
  1. Bei Elektroden befinden sich (in der Regel) im gleichen Kompartiment in der elekrolytischen Zelle
    • Elektrodenräume sind nicht getrennt
    • Eine Elektrolysezelle hat einen eiheitlichen Elektrolyten
  2. Die Bedingungen entsprechen normalerweise nicht den Standard bedingungen: Gasdrücke selten bei 1bar und Ionenkonzentration oft nicht 1 mol/l.


Q:

Elektrolyse in wässrigen Lösungen (Was kann auftreten, wieso?)

A:

Achtung! es können Reaktionshemmungen auftreten:

z.B durch Änderung des Aggregatzustandes - (höhere Aktivierungsenergie - d.H. höhere Spannung notwendig)

ist auch abhängg vom Elektrodenmaterial (katalytischer Effekt


z.B. Überspannung (eine höhere Spannung als die theoretische berechnete ist erforderlich - Änderung der sTellung in der Elektrochemischen Spannungsreihe:

  • Konzentrationsüberspannung (s Polarographie)
  • Widerstandsüberspannung (Widerstand der Zu- und Ableitungen und der Elektrolyten)
  • z.B. Wasserstoffüberspannung - die zum Freisetzen von Wasserstoff erforderliche Überspannung (sehr hoch - z.B am QUecksilber)


Q:

Unterschied galvanische Zelle und Elektrolysezelle (kurz)

A:

galvanische Zelle: spontan ablaufende elektrochemische Reaktionen ergibt elektrische Energie


Elektolysezelle: nicht spontan ablaufende elektrochemische Reaktionen werden durch elektrische Energie betrieben


  • 2 Elektronen sind in einer Salzschmelze oder einer wässrigen Lösung
  • Einer Stromquelle dient als Elektronenpumpe
  • Richtung der Elektronenflusses ist von der Stromquelle vorgegeben
Q:

Sekundäre Zellen

A:
  • galvanische Zellen während ihrer Entladung
  • elektrolytische Zellen während ihrer Ladung


  • Hohe Anforderung an das Elektrodenmaterial
  • Sorgfältige Auswahö und Auslegung notwendig


Bei der Entladungsreaktion:

  • Produkte müssen unlöslich sein,
  • sollen an den Elektroden haften,
  • sollen nicht in den Elektolyten gelangen und wegdiffundieren
Chemie II

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