Zersetzungsspannung bei der Elektrolyse
Die Zersetzungsspannung ist ein wichtiger Faktor in der Elektrolyse, einem Prozess, bei dem eine elektrische Spannung dazu verwendet wird, eine chemische Reaktion herbeizuführen. Die Zersetzungsspannung ist die minimale Spannung, die benötigt wird, um die Zersetzung eines Elektrolyts zu starten.
Die Zersetzungsspannung wird durch die Formel Zu = Ea - Ek berechnet; dabei steht Ea für die Anodenpotential und Ek für das Kathodenpotential. Im Wesentlichen ist die Zersetzungsspannung die Differenz zwischen dem Anoden- und Kathodenpotential. Dieses Potenzial ist notwendig, um die Redoxreaktion, die während der Elektrolyse stattfindet, anzutreiben.
Die Anoden- und Kathodenpotentiale sind selbst Funktionen der Konzentration der beteiligten Ionen, der Temperatur und anderen Faktoren. Sie stellen die benötigte Energie dar, um die Elektronen aus der Anode zu entfernen bzw. auf die Kathode zu übertragen.
Für eine erfolgreiche Elektrolyse muss die angelegte Spannung größer sein als die Zersetzungsspannung. Ist dies nicht der Fall, kommt es zu keiner Zersetzung und somit auch zu keiner Elektrolyse. Zu beachten ist dabei, dass eine höhere angelegte Spannung zwar eine schnellere Elektrolyse zur Folge hat, aber auch mehr Energie verbraucht wird. Daher ist es aus ökonomischer Sicht vorteilhaft, eine möglichst geringe, aber ausreichende Zersetzungsspannung anzulegen.
Die Kenntnis der Zersetzungsspannung und der elektrischen Potenziale an den Elektroden spielt daher eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung und Optimierung von elektrochemischen Systemen, insbesondere bei industriellen Prozessen wie der Elektrolyse zur Gewinnung von Elementen wie Chlor, Wasserstoff oder Aluminium.
Zur Messung der Zersetzungsspannung gibt es verschiedene Methoden, z.B. mit einem Potentiostaten. Trotzdem ist es in der Praxis oft schwer, den genauen Wert der Zersetzungsspannung zu bestimmen, da auch Überpotenziale und Polarisationseffekte eine Rolle spielen können.
Zusammengefasst ist die Zersetzungsspannung eine entscheidende Größe bei der Elektrolyse, da sie die Mindestenergie bestimmt, die benötigt wird, um die Zersetzung des Elektrolyten und damit den Beginn der Elektrolyse zu erreichen. Da sie maßgeblich von den elektrischen Potenzialen der Elektroden abhängt, spricht man auch von der "Zellspannung" der Elektrolysezelle.
Eselsbrücken
ZAK