Elektrodenkinetik: Wasserstoffüberspannung von Metallen mit Cobra SMARTsense

Verlaufen die Oxidations- und die Reduktionsschritte einer Elektrodenreaktion schnell (hohe Austauschstromdichten), dann wird der Ladungsdurchtritt durch die Elektrodengrenzschicht kaum das Reaktionsgleichgewicht beeinflussen. Solche Elektroden nennt man in dem Sinne nicht-polarisierbar, dass ihr Potentiale für kleine Stromflüsse stabil und gleichbleibend zum Elektrodengleichgewichtspotential sind.
Wenn sich aber das Reaktionsgleichgewicht aufgrund einer kinetischen Hemmung eines der an der Elektrodenreaktion beteiligten Schritte nur langsam einstellt, dann ist diese Elektrode polarisierbar. Um die Reaktion in die gewünschte Richtung zu bringen, muss die kinetische Hemmung  durch Anlegung einer hohen Überspannung überwunden werden. Elektrodenpolarisation und die Anwesenheit von Überspannung sind wichtige Konzepte für das Verständnis von Elektrodenprozessen. Ihnen zugrunde liegt die Tatsache, dass galvanische Zellen auch unterhalb der Gleichgewichtsspannung (EMK) stets Strom liefern und dass für eine Elektrolyse eine angelegte Spannung nötig ist, die größer als die Gleichgewichtsspannung (EMK) ist.  Einige wichtige elektrochemische Geräte (z.B. der Bleiakkumulator) und elektroanalytische Techniken (z.B. Polarographie) nutzen die Hemmung (hohe Überspannung) von bestimmten Elektrodenreaktionen.

Aufgaben

1. Zeichnen Sie die Strom-Spannungs-Kurve für die Elektrolyse einer 1M Salzsäure unter Verwendung von Graphitstabelektroden auf und bestimmen Sie die Zersetzungsspannung.
2. Diskutieren Sie die physikalischen Prozesse anhand der Kurvenform.
3. Durch Austauschen der Graphitstabelektrode gegen eine Serie verschiedener Metallstabelektroden bestimmen und vergleichen Sie die Wasserstoffüberspannungen an diesen Metallen.

Lernziele

• Elektrodenkinetik
• Polarisation
• Überspannung
• irreversible Prozesse
• Elektroden-Elektrolyt-Grenzschicht
• Voltammetrie und Strom-Spannungs-Kurven
• Relevanz für Elektrolysen
• Brennstoffzelle
• Korrosion
• Polarographie

(Versuchsliteratur nur in Englisch)

Vorteile

• Gleichzeitige Messung von Strom und Spannung
• Voreinstellungen für den Versuch erleichtern die Durchführung