79Redoxreaktionen – Elektrochemie B4 Screenshot aus der Teilanimation zum Stromfluss in einer Zinkiodid-Lösung in Chemie 2000+ Online. A: Betrachten Sie in der Teilanimation die Modelldarstellung I. Geben Sie an, welche Ladungsträger dargestellt sind. Beschreiben Sie die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit der Ladungsträger bei Raumtemperatur und bei Wärmezufuhr. Grundsätzlich leiten Lösungen und Metalle den elektrischen Strom. Die elektrische Leitfähigkeit von Lösungen verhält sich aber bei Änderung der Temperatur anders als die elektrische Leitfähigkeit von Metallen. Legt man eine Spannung von 5 V bei Raumtemperatur an, stellt man fest, dass sowohl Lösungen als auch Metalle den Strom recht gut leiten. Legt man diese Spannung von 5 V an und erhitzt, dann nimmt die Leitfähigkeit bei Lösungen zu, bei Metallen aber ab. Dieses unterschiedliche Verhalten lässt sich mit der Art der Ladungsträger in Lösungen und in Metallen erklären. Nach einiger Zeit kann man in V1 Folgendes beobachten: Die Graphit-Elektrode, die mit dem Minuspol verbunden war, hat einen grauen Überzug und die Lösung in der Umgebung der Graphit-Elektrode, die mit dem Pluspol verbunden ist, ist bräunlich gefärbt. Beim Anlegen der Spannung kommt es in der mit dem Minuspol verbundenen Graphit-Elektrode zu einem Elektronenüberschuss. Zink-Ionen aus der Lösung wandern zu dieser Elektrode und werden zu Zink-Atomen reduziert. An der mit dem Pluspol verbundenen Elektrode kommt es dagegen zu einem Elektronenunterschuss. Iodid-Ionen wandern zu dieser Elektrode und werden zu Iod-Molekülen oxidiert. Bei angelegter Spannung wandern in einer Lösung also die Kationen zur Kathode und die Anionen zur Anode. An den Elektroden finden dann eine Reduktion bzw. eine Oxidation statt. Durch Anlegen einer Spannung werden somit Redoxreaktionen erzwungen. Diesen Prozess nennt man Elektrolyse. Der Fluss der Ionen durch die Lösung wird im Versuch als Stromstärke gemessen. Bei höheren Temperaturen können sich die Ionen schneller bewegen: Die Stromstärke und damit die Leitfähigkeit nimmt in Lösungen mit steigender Temperatur zu. Das Kabelmaterial und der Wolframdraht (V2) bestehen aus Metallen. In Metallen sind die Atome regelmäßig in einem Gitter angeordnet. In diesem besetzen die Atomrümpfe die Gitterplätze und sind von den Valenzelektronen in einem Elektronengas umgeben. Bei angelegter Spannung werden die Elektronen vom Pluspol angezogen. Über den Minuspol werden neue Elektronen in das Metallgitter „gepumpt“, die dann ebenfalls in Richtung Pluspol wandern. Bei Raumtemperatur erfolgt diese Wanderung um die Atomrümpfe herum, die nur leicht schwingen. Bei höheren Temperaturen nimmt die Schwingung der Atomrümpfe deutlich zu. Das erschwert die Wanderung der Elektronen. Es kommen pro Zeiteinheit weniger Elektronen am Pluspol an, da der Widerstand innerhalb des Metalls größer wird: Die messbare Stromstärke bzw. die Leitfähigkeit nimmt in Metallen bei steigender Temperatur ab. Ionen und Elektronen: Ladungsträger in Lösungen und Metallen Fachbegriffe Ionen, Elektronen, Elektrolyse Aufgaben A1 Beschreiben Sie die Stromleitung im Daniell-Element (vgl. S. 67) in Hinblick auf die Materialien, durch die Ladungsträger fließen, und nennen Sie die Art der jeweils beteiligten Ladungsträger. Animation zur Leit fähigkeit einer Zinkiodid-Lösung A2 Betrachten Sie die Darstellung (B4) der Prozesse bei eingeschalteter Stromzufuhr und beschreiben Sie die Prozesse auf Teilchenebene. Beschreiben Sie dann auch die Veränderungen an den Elektroden auf der Stoffebene. A3 Vergleichen Sie in der Animation in Chemie 2000+ Online die Modelldarstellungen I und II. Nennen Sie jeweils die Vorund Nachteile der Darstellungen. 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 09.03.15 08:00 Seite 79 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei g nt um d s C .C . B uc hn er Ve rla gs