Rolle der Sulfat-Anionen beim Galvanisieren - Seite 3 - Allgemeine Chemie

SoilnRock · 19.06.2019, 15:58

Zitat:

Zitat von Cyrion

Die Rolle des Sulfats können wir Dir gerne beschreiben, wenn Du uns beschreibst, was die Rolle des Wassers ist. Vielleicht denkst Du bei Deiner Antwort auch an das Sulfat...

Naja, Ich brauche ja schon einen Elektrolyten zum Ladungstransport, d. h. das Wasser brauche ich zur Dissoziation des Kupfersulfats, sonst läge das ja als Salz vor ...
Auf Grund der Autoprotolyse habe ich natürlich immer Oxonium- und Hydroxid-Ionen in der Lösung, die sich auch zu den jeweils gegensätzlich geladenen Elektroden bewegen.

Nobby · 19.06.2019, 16:02

Zitat:

Zitat von SoilnRock

Das hättet ihr wohl gerne! :-)
Aber ernsthaft, zunächst mal vielen Dank für eure Bemühungen, das weiß ich sehr zu schätzen.
Ich versuche noch einmal meine Problematik darzulegen.

1. In diversen Quellen wird davon gesprochen, dass sich die Sulfat-Anionen an der Anode entladen. Wenn ich eure Anmerkungen richtig verstehe, seht ihr das als FALSCH an.

2. Nur weil ich das Sulfat "mathematisch" aus der Reaktionsgleichung herauskürzen kann, bedeutet das doch nicht automatisch, dass das Sulfat keine mechanistische Rolle bei der Reaktion spielt?

3. Wenn ich mir vorstelle, dass sich die Sulfat-Anionen zum Ladungsausgleich an der positiv geladenen Kupfer-Anode anlagern (-> Helmholtz-Doppelschicht), dann ist es also NICHT so, dass sie ihre zwei Elektronen nun an die positiv geladene Kupfer-Anode abgeben? Die hängen da dann einfach nur so rum und machen nichts?

4. Ist der entscheidende Punkt, dass ich letztendlich Sulfat-Anionen mit Kupfer-Atomen vergleichen und mir überlegen muss, wer da nun lieber seine zwei Elektronen abgibt? Geht die entscheidende Argumentation folglich mehr in Richtung elektrochemische Spannungsreihe?
Ich habe
S₂O₈^2- + 2 e^- ⇌ 2 SO₄^2- || + 2,00 V
und
Cu²⁺ + 2 e^- ⇌ Cu || +0,35 V

und weil das Potential von Kupfer geringer ist als das von Schwefel, wird dieses bevorzugt oxidiert?

zu 1. korrekt
zu 2. korrekt
zu 3. es lagert sich an und entreißt Kupfer, die Elektronen bleiben in der Anode.
zu 4. Anode mit Kathode vermischt. Also Blödsinn. Zumal die Persulfat Bildung eine Ausnahme ist und nur bei sehr hoher Sulfatkonzentration oder Salzschmelzen auftritt.

Cyrion · 19.06.2019, 16:05

Zitat:

Zitat von SoilnRock

2. Nur weil ich das Sulfat "mathematisch" aus der Reaktionsgleichung herauskürzen kann, bedeutet das doch nicht automatisch, dass das Sulfat keine mechanistische Rolle bei der Reaktion spielt?

Nur, weil es mechanistisch eine Rolle spielen könnte, heit es nicht, dass es das muss.

Zitat:

Zitat von SoilnRock

3. Wenn ich mir vorstelle, dass sich die Sulfat-Anionen zum Ladungsausgleich an der positiv geladenen Kupfer-Anode anlagern (-> Helmholtz-Doppelschicht), dann ist es also NICHT so, dass sie ihre zwei Elektronen nun an die positiv geladene Kupfer-Anode abgeben? Die hängen da dann einfach nur so rum und machen nichts?

Warum sollte sich eine total instabile Spezies bilden? Wocher diese riesige Energie nehmen? Warum sieht man dann keine Zerfallsprodukte dieser energiereichen Spezies?

Die (wertvolle) Funktion des Sulfats ist, dass man keinen Liter Flüssigkeit mit 200 000 Coulob Ladung vor sich stehen hat. Das könnte nämlich echt Ärger geben.

Aufgrund der normalen physikalischen Effekte des Ladungsausgleichs wird hier wohl auch das Sulfation einbezogen. Es dürfte aber kaum einen Unterschied zu einem Chromation bestehen (wenn dieses nicht reagiert). Es ist die Wirkung als Ion. Deswegen auch mal die Gedanken zur Rolle des Wassers bei dem Vorgang.

Zitat:

Zitat von SoilnRock

4. Ist der entscheidende Punkt, dass ich letztendlich Sulfat-Anionen mit Kupfer-Atomen vergleichen und mir überlegen muss, wer da nun lieber seine zwei Elektronen abgibt?

Sogar bei jeder einzelnen Elektrode muss man da gucken.

Zitat:

Zitat von SoilnRock

Geht die entscheidende Argumentation folglich mehr in Richtung elektrochemische Spannungsreihe?

Ja, unter Berücksichtigung der Konzentrationen der beteiligten Spezies.

Nobby · 19.06.2019, 16:07

Zitat:

Zitat von SoilnRock

Naja, Ich brauche ja schon einen Elektrolyten zum Ladungstransport, d. h. das Wasser brauche ich zur Dissoziation des Kupfersulfats, sonst läge das ja als Salz vor ...
Auf Grund der Autoprotolyse habe ich natürlich immer Oxonium- und Hydroxid-Ionen in der Lösung, die sich auch zu den jeweils gegensätzlich geladenen Elektroden bewegen.

Ja super und wenn Du jetzt noch auf das Sulfat eingegangen wärst wäre es noch besser. Ausser dem Wasser braucht man halt ein Ion, was den Elektronentransport besorgt

SoilnRock · 19.06.2019, 16:10

Zitat:

Zitat von Nobby

zu 3. es lagert sich an und entreißt Kupfer, die Elektronen bleiben in der Anode.

Wie kann ich mir das vorstellen? WARUM entreißt das Sulfat Kupfer-Atome aus der Anode? Oder meinst du Kupfer-KATIONEN? Du sprichst also nun von den Elektronen des Kupfer-Atoms, die in der Anode verbleiben, wenn Cu zu Cu²⁺ oxidiert wird? Das kann ich grundsätzlich nachvollziehen.

Zitat:

Zitat von Nobby

zu 4. Anode mit Kathode vermischt. Also Blödsinn. Zumal die Persulfat Bildung eine Ausnahme ist und nur bei sehr hoher Sulfatkonzentration oder Salzschmelzen auftritt.

Wo wird Anode mit Kathode vermischt? Bzgl. des Kupfers habe ich doch an beiden Elektroden die gleiche Reaktion Cu ⇌ Cu²⁺ + 2 e^-, nur ist das Gleichgewicht abhängig von Oxidation oder Reduktion auf der einen oder anderen Seite.

SoilnRock · 19.06.2019, 16:17

Zitat:

Zitat von Nobby

Ja super und wenn Du jetzt noch auf das Sulfat eingegangen wärst wäre es noch besser. Ausser dem Wasser braucht man halt ein Ion, was den Elektronentransport besorgt.

Das wäre dann doch die "unbeladene" Sulfat-Fähre, die sich von der Kathode zur Anode bewegt, richtig?

Nobby · 19.06.2019, 16:20

Kupfer scheidet sich immer an der Kathode ab. Das Sulfat wandert zur Anode, was dazuführt, daß Kupfer in Lösung geht. Daher kann man die beiden Gleichungen nicht vergleichen.

Betrachte vielleicht mal die Reaktion, wenn Kupferchlorid elektrolysiert wird und einmal eine Inerte Anode und zum anderen ein Kupferblech zum Einsatz kommt.

SoilnRock · 19.06.2019, 16:34

Zitat:

Zitat von Nobby

Kupfer scheidet sich immer an der Kathode ab. Das Sulfat wandert zur Anode, was dazuführt, daß Kupfer in Lösung geht.

Das schreibst du so locker dahin. WARUM geht dann Kupfer in Lösung?

Zitat:

Zitat von Nobby

Daher kann man die beiden Gleichungen nicht vergleichen.

Welche beiden Gleichungen?

Zitat:

Zitat von Nobby

Betrachte vielleicht mal die Reaktion, wenn Kupferchlorid elektrolysiert wird und einmal eine Inerte Anode und zum anderen ein Kupferblech zum Einsatz kommt.

Läuft das darauf hinaus, dass bei einer inerten Elektrode Chlorid zu Chlor oxidiert wird, dies bei einer Kupferanode aber eben genau NICHT geschieht? Ich glaube, genau hier verbirgt sich das Prinzip, welches ich nicht erkenne/verstehe :-/
Oder anders gesagt: was ist der fundamentale Unterschied zwischen der Elektrolyse von KupferCHLORID und der von KupferSULFAT?

Gerade wieder gelesen: "Die negativen Ionen oder Anionen wandern zur Anode, die einen Mangel an negativen Ladungen besitzt, worauf die Entladung der Anionen und der Abfluss der Elektronen erfolgen."

Nobby · 19.06.2019, 16:45

Der dritte Punkt ist es. Bei einer innerten Anode gibt das Chlorid sein Elektron an die Anode ab und wird zum Chlor entladen. Bei einem Kupferblech bleibt das Chlorid erhalten und reagiert mit dem Kupfer zu neuem Kupferchlorid. Es entstehen Cu²⁺Ionen, die Elektronen verbleiben in der Anode.

Also zum Einen kommen die Elektronen von dem Anion im anderen Fall aber aus dem Anodenmaterial, welches sich auflöst. Das gleiche nun mit Sulfat. Das Sulfatanion behält seine Elektronen und Kupfer löst sich auf. Also genau der gleiche Vorgang.

Beim zweiten Punkt meinte ich Deine Gleichungen aus der Spannungsreihe.

Beim 1. Punkt. Durch das elektrische Potential ist eine Kraft da, die das Kupfer in Lösung treibt, es findet ja auch Elektronenfluß statt.

SoilnRock · 19.06.2019, 17:28

Zitat:

Zitat von Nobby

Also zum Einen kommen die Elektronen von dem Anion im anderen Fall aber aus dem Anodenmaterial, welches sich auflöst. Das gleiche nun mit Sulfat. Das Sulfatanion behält seine Elektronen und Kupfer löst sich auf. Also genau der gleiche Vorgang.

OK. Ich versuche nun eine Zusammenfassung: Bei einer KUPFER-Anode spielt das Sulfat keine Rolle, bzw. es entlädt sich NICHT an der Anode.
Verwende ich eine INERTE Anode, entlädt sich das Sulfat an der Anode und reagiert zu, ja, zu was: Peroxodisulfat?

Zitat:

Zitat von Nobby

Beim 1. Punkt. Durch das elektrische Potential ist eine Kraft da, die das Kupfer in Lösung treibt, es findet ja auch Elektronenfluß statt.

OK. Und ich habe ja auch schon die "natürliche" Lösungstension, die einige Kupfer-Kationen in Lösung treibt.

Nobby · 19.06.2019, 17:31

Zitat:

Verwende ich eine INERTE Anode, entlädt sich das Sulfat an der Anode und reagiert zu, ja, zu was: Peroxodisulfat?

Dann lese den Thread von oben nach unten nochmal. Was entsteht wurde schon beschrieben.

SoilnRock · 19.06.2019, 17:50

Zitat:

Zitat von Nobby

Dann lese den Thread von oben nach unten nochmal. Was entsteht wurde schon beschrieben.

Oh, Verzeihung, das war ja nur bei "viel Strom". Also nochmal:

Kupfer-Anode: Sulfat entlädt sich nicht, Kupfer-Atome werden oxidiert, Kupfer-Kationen gehen in Lösung und wandern (wie auch immer ;-P) zur Kathode.

Edelstahl-Anode: Der Wasser-Sauerstoff wird unter Bildung von Schwefelsäure zu elementarem Sauerstoff O₂ oxidiert. Sulfat wird dabei nicht entladen, die Elektronen stammen aus dem Wasser.

SoilnRock · 19.06.2019, 19:30

OK, da kein Widerspruch mehr kommt, gehe ich davon aus, dass ich die wesentlichen Aspekte nun verstanden und korrekt dargelegt habe.

Vielen Dank an alle, die sich die Mühe gemacht haben, ausführliche und hilfreiche Antworten zu geben - find ich stark!

Gruß,
Cornelius