Die Spannungsreihe
Ordnet man Redoxpaare nach ihren Standardpotenzialen, entsteht die elektrochemische Spannungsreihe.
- Schreibweise:jedes Paar als Reduktion \(\ce{Ox + n e- <=> Red}\), dazu sein \(E^\circ\) gegen die Standard-Wasserstoffelektrode.
- Oben (großes \(E^\circ\)):Die oxidierte Form nimmt leicht Elektronen auf — starkes Oxidationsmittel, z. B. \(\ce{Cl2}\), \(\ce{Ag+}\).
- Unten (kleines \(E^\circ\)):Die reduzierte Form gibt leicht Elektronen ab — starkes Reduktionsmittel, z. B. \(\ce{Mg}\), \(\ce{Zn}\).
- Edel und unedel:Metalle mit \(E^\circ > 0\) heißen edel (lösen sich nicht in Salzsäure), Metalle mit \(E^\circ < 0\) unedel.
- Werte (in V):\(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\): \(-0{,}76\) · \(\ce{Fe^2+}/\ce{Fe}\): \(-0{,}44\) · \(\ce{H3O+}/\ce{H2}\): \(0{,}00\) · \(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}\): \(+0{,}34\) · \(\ce{Ag+}/\ce{Ag}\): \(+0{,}80\).
Spannungsreihe: Je größer \(E^\circ\), desto stärker ist die oxidierte Form als Oxidationsmittel; je kleiner \(E^\circ\), desto stärker ist die reduzierte Form als Reduktionsmittel.
Zellspannung und Vorhersage
Zwei Standardpotenziale verraten, welche Reaktion freiwillig abläuft und welche Spannung die Zelle liefert.
- Akzeptor:die oxidierte Form des Paars mit dem größeren \(E^\circ\); sie wird reduziert, ihre Halbzelle ist Pluspol.
- Donator:die reduzierte Form des Paars mit dem kleineren \(E^\circ\); sie wird oxidiert, ihre Halbzelle ist Minuspol.
- Freiwillig:Der Akzeptor „oben“ reagiert mit dem Donator „unten“, z. B. \(\ce{Cu^2+ + Zn -> Cu + Zn^2+}\); umgekehrt läuft nichts ab.
- Beispiel Daniell-Element:\(\Delta E = 0{,}34\,\mathrm{V} - (-0{,}76\,\mathrm{V}) = 1{,}10\,\mathrm{V}\).
Zellspannung: \(\Delta E = E^\circ(\text{Akzeptor}) - E^\circ(\text{Donator})\)
Ordne die acht Redoxpaare: oben das stärkste Oxidationsmittel, unten das stärkste Reduktionsmittel (ziehen oder antippen; Tastatur: Enter, Pfeiltasten, Enter). Prüfe — richtige Paare erscheinen auf der Potenzialleiter. Tippe dann zwei Paare an.
↑ oben: stärkstes Oxidationsmittel
↓ unten: stärkstes Reduktionsmittel
Halte fest: Freiwillig reagiert immer die oxidierte Form des oberen Paars mit der reduzierten Form des unteren Paars — die Zellspannung ist der Abstand der beiden Paare auf der Potenzialleiter.
Allgemeine Hinweise
Nicht mit Koeffizienten malnehmen
\(E^\circ\) hängt nicht von den Koeffizienten ab: Auch in \(\ce{2 Ag+ + Cu -> 2 Ag + Cu^2+}\) gilt \(E^\circ(\ce{Ag+}/\ce{Ag}) = +0{,}80\,\mathrm{V}\).
Die Diagonalregel
Steht die oxidierte Form links und die reduzierte rechts, reagiert „oben links“ mit „unten rechts“ — der Pfeil läuft diagonal.
Vorzeichen mitnehmen
Minus mal Minus beachten: \(0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10\). Ein negatives \(\Delta E\) heißt: Diese Richtung läuft nicht freiwillig ab.