Metall trifft Lösung
- Anknüpfung (4.1.4):Metallatome sind Elektronendonatoren, ihre Ionen Elektronenakzeptoren — Redoxpaar \(\ce{M^{z+}}\)/M.
- Lösungstension:Metallatome der Oberfläche gehen als hydratisierte Ionen in Lösung; die Elektronen bleiben im Metall.
- Abscheidungstendenz:Metall-Ionen aus der Lösung nehmen an der Oberfläche Elektronen auf und werden als Atome eingebaut.
- Doppelschicht:Überschussladung im Metall und eine Schicht entgegengesetzt geladener Ionen davor — wie die Platten eines Kondensators.
- Bremse:Die wachsende Ladung hält Kationen zurück bzw. zieht sie an — Lösen und Abscheiden gleichen sich an.
Gleichgewicht an der Metalloberfläche: \(\ce{M <=> M^{z+} + $z$ e-}\) — dynamisch: \(v(\text{Lösen}) = v(\text{Abscheiden})\)
Edel oder unedel
- Unedle Metalle:große Lösungstension (Mg, Zn) — viele Ionen gehen in Lösung, das Metall lädt sich negativ auf.
- Edle Metalle:Abscheidung überwiegt (Cu, Ag) — das Metall lädt sich positiv auf, Anionen sammeln sich davor.
- Konzentration:Je kleiner \(c(\ce{M^{z+}})\), desto mehr Ionen gehen in Lösung und desto negativer wird das Metall.
- Halbzelle:Metall in der Lösung seiner Ionen; die Ladungstrennung ergibt das Elektrodenpotenzial.
- Winziger Umsatz:Das Gleichgewicht stellt sich nach wenigen Nanogramm ein — keine messbare Massenänderung.
- Messbar?Das Potenzial einer einzelnen Halbzelle nicht — nur die Spannung zwischen zwei Halbzellen.
Wähle ein Metall und die Konzentration seiner Salzlösung, dann starte die Simulation. Beobachte, wie schnell Ionen in Lösung gehen und abgeschieden werden, bis sich beide Vorgänge die Waage halten.
Halte fest: Lösen und Abscheiden laufen gleichzeitig ab, bis sie gleich schnell sind. Unedle Metalle laden sich dabei negativ, edle positiv auf — je kleiner die Ionenkonzentration, desto negativer das Metall.
Allgemeine Hinweise
Das Blech löst sich nicht auf
Im Gleichgewicht gehen genauso viele Ionen in Lösung, wie abgeschieden werden. Die Ladungstrennung betrifft nur einen verschwindend kleinen Teil der Oberfläche.
Positiv ohne Elektronenabgabe ins Freie
Ein Kupferblech wird positiv, weil Cu²⁺-Ionen sich abscheiden und dabei Elektronen aus dem Metall aufnehmen — nicht, weil Elektronen in die Lösung wandern.
Halbzelle skizzieren
Minuszeichen im Metall direkt an der Oberfläche, davor eine Reihe Kationen, weiter außen die ungeordnete Lösung — so wird die Doppelschicht in der Klausur gezeichnet.