Fachbegriffe der Chemie. Michael Wächter

8,314 J/K mol T = Temperatur (in Kelvin) z = Anzahl ausgetauschter Elektronen pro Formelumsatz F = Faraday-Constante 96500 C/mol (Es gilt auch:  _R G = -U  z  F) ln = natürl. Logarithmus (ln x = 2,303 lg x)

       Die Nernst’sche Gleichung kann alternativ auch vom chemischen Potenzial hergeleitet und mit den elektrischen Potenzialen formuliert werden, z. B. für ein Redoxpaar Red/Ox mit: Red Ox +  _e . Hier ist:  (Red) =  (Ox) +  _e  _e und die Differenz der elektrischen Potenziale ist dann:  =  ⁰ +  (R  T) / (  _e  F)  ln  c (Ox)/c(Red) 

      1 Eine Ladungsmenge von gerundet 96500 C kann ein Mol eines einwertigen Stoffes abscheiden. DieseFaraday-Konstante ist der Quotient aus der Ladungsmenge Qund der Stoffmenge nin mol: 1 F = Q / n = NA • e ≈ 96500 C/mol.

      2 Akkumulatoren sind galvanische Elemente, in denen elektrische Arbeit gespeichert werden kann (ein reversibles Be- und Entladen ist möglich). Laden und Entladen sind dabei einander entgegengesetzte elektrochemische Vorgänge.

      3 Elektrochemische Korrosion tritt auf, weil sich lokale galvanische Elemente bilden, in der Regel ungewollt, wobei das Werkstück aus dem unedlere Metall vollständig oxidiert werden kann.

      4 Wird an eine Elektrolytschmelze oder -lösung eine Gleichspannung angelegt, so wandern die Kationen zur Kathode und die Anionen zur Anode und werden an der jeweiligen Elektrode entladen (kathodische Reduktion, anodische Oxidation). Die Elektrolyse ist damit die Umkehrreaktion zur Entladung eines Galvanischen Elementes.

      5 Erstes Faraday’sches Gesetz: Die Masse m eines durch Elektrolyse abgeschiedenen Stoffes ist proportional zur Elektrizitätsmenge Q, die durch diesen Elektrolyten geflossen ist:

      m = k Q bzw. m = k I t.

      Hinweis:So kann aus Stromstärke I und Zeit t die Masse m des abgeschiedenen Elektrolyten X berechnet werden: M(X) It m(X) = z(X) F

       Die hierin enthaltene stoffspezifische Konstante k = M(X) / (z  F) wird auch als elektrochemisches Äquivalent des Stoffes X mit der Wertigkeit z bezeichnet (Symbol: Ä _e ).

      1 Zweites Faraday’sches Gesetz: Die von der gleichen Elektrizitätsmenge Q abgeschiedenen Stoffmenge n verschiedener Elektrolyte sind zu deren Wertigkeiten z umgekehrt proportional: nA : nB = zB : zA.

       Hinweis : Die Konzentration unbekannter Probelösungen lässt sich mit Hilfe der Faraday’schen Gesetze bestimmen, indem man diese mit abgewogenen Elektroden elektrolysiert. Anschließend wird die Elektrode genau abgewogen um festzustellen, wie viel Metall sich auf der Elektrode abgeschieden hat. Aus der Masse bzw. Stoffmenge des abgeschiedenen Metalles kann die ursprüngliche Konzentration der Salzlösung berechnet werden („Coulometrie“, vgl. Analytischen Chemie).Beim Galvanisieren werden Gegenstände aus Metall als Kathode geschaltet und durch Elektrolyse von Salzlösungen mit Metall beschichtet: Vergolden, versilbern, verchromen usw. Abbildung: Verkupfern einer Metallkathode:

      

      (Bildquelle: Von Torsten Henning (Multilingual Perhelion) - Eigenes Werk, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1472235)

      Abb.: Industrielle Galvanikanlage zur Herstellung von Leiterplatten (Bildquelle: swoolverton über: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PCB_copper_layer_electroplating_machine.jpg)

      Grundlagen der Organischen Chemie

      1 Kohlenwasserstoffe (KW) sind Verbindungen des Kohlenstoffs C mit Wasserstoff H (Allgemeine Summenformel: CxHy). Sie sind nicht wasserlöslich (unpolar), verbrennen zu Kohlendioxid und Wasserdampf und reagieren mit Halogenen.

       Beispiel: Der einfachste KW ist das Grubengas ( Methan ). Im Methanmolekül CH ₄ ist das C-Atom mit vier gleichwertigen Bindungen zu 4 H-Atomen verknüpft (Abb. bei Merksatz 44):

      

       Der Grund dafür liegt darin, dass das C-Atom mit zwei 2s ² -Elektronen und zwei 2p ¹ -Elektronen vier gleichartige sp ³ -Hybridorbitale bildet (vgl. Merksatz 52 zur Hybridisierung ), die räumlich zueinander in Tetraederwinkeln stehen:

      (Bildquelle: Von User:Sven, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=907884)

       Das C-Atom bildet daher 4 gleiche Bindungen aus:

      

      Hinweis: Jedes der vier H-Atome im Methanmolekül kann durch eine weitere Atomgruppe ersetzt werden, z.B. durch eine, die sich vom Methan ableitet (CH₃- oder Methylgruppe). Wenn ein H-Atom durch eine Methylgruppe –CH₃ ersetzt wird, dann entsteht Ethangas, Summenformel C₂H₆: H₃C-H + H-CH₃ H₃C-CH₃ + H-H +  + H-H Die so entstehenden C-C-Bindungen sind stabil. Dadurch entsteht eine große Fülle möglicher KW-Moleküle wie z.B. das Gas Ethan CH₃-CH₃ (Summenformel: C₂H₆).

      1 Eine homologe Reihe ist eine Gruppe von Verbindungen, deren einzelne Mitglieder sich voneinander nur durch die Anzahl ihrer –CH2–Gruppen unterscheiden.

       Beispiel: Die Stoffgruppe der Alkane bildet eine homologe Reihe. Die ersten vier Stoffe dieser Reihe sind: Methan CH ₄ , Ethan C ₂ H ₆ , Propan C ₃ H ₈ , Butan C ₄ H ₁₀

       CH₄ C₂H₆ C₃H₈C₄H₁₀

      Hinweis: