Name: Samuel Hohenberger, 2018-05
Elektrolyte sind Flüssigkeiten, die unter bestimmten Bedingungen in wässrigen Lösungen einen Ladungstransport ermöglichen. Nicht nur in der Elektrochemie, sondern auch in unserem Alltag spielen Elektrolyte eine große Rolle.
Elektrolyte werden im Wesentlichen in zwei Gruppen untergliedert:
• echte Elektrolyte
• potentielle Elektrolyte
Echte Elektrolyte:
Als echte Elektrolyte bezeichnet man Stoffe, die im festen Aggregatzustand aus Ionen aufgebaut sind. Der Zusammenhalt dieser wird durch elektrostatische Kräfte gewährleistet, welche zwischen den unterschiedlich geladenen Ionen wirken.
Salze, in ihrer Idealform, haben keine elektrische Leitfähigkeit, weil die in ihnen enthaltenen Ladungsträger unbeweglich sind. Tatsächlich kommt es jedoch aufgrund von Baufehlern in vielen Fällen in geringem Umfang zu einer Bewegung von Ionen. Reale Ionenkristalle haben daher eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Oftmals wird diese Fähigkeit auch durch den gezielten Einbau von Fremd-Ionen im Kristall erreicht, um Halbleiter oder elektrochemische Spannungsquellen kleinster Abmessungen herzustellen.
Temperatureinfluss auf Elektrolyte:
Bei Wärmezufuhr werden die Schwingungen der einzelnen Ionen im Ionenkristall immer weiter vergrößert. Dies bewirkt eine Auflockerung und im Mittel eine Zerstörung des Kristallapparats. In der Schmelze liegen folglich bewegliche Kationen und Anionen vor. Schmelzen von salzartigen Stoffen leiten daher elektrischen Strom.
Neben der Einwirkung von Wärme ist auch das Lösen von Ionen in Wasser eine Möglichkeit Ionen aus ihrem kristallartigen Zustand zu befreien.(dick) Wasser ist hierbei besonders gut geeignet, weil Wassermoleküle Dipole sind und zudem recht klein. Die Dipolmoleküle können sich somit gut an die Ladungsschwerpunkte (Ecken/Kanten) des Ionenkristalls setzen und aufgrund ihrer minimalen Größen in den Kristall eindringen. Durch diese Einlagerung von Wassermolekülen wird die Anziehung entgegengesetzt geladener Ionen stark herabgesetzt.
Die dritte Möglichkeit eine elektrische Leitfähigkeit herzustellen ist die sogenannte Hydratation (dick). In diesem Teilvorgang lagern sich je nach Größe des Ionenmoleküls eine bestimmte Anzahl an Wassermolekülen an dieses und umhüllen es somit. Durch die entstehende Hydrathülle sind die Anziehungskräfte zwischen Kationen und Anionen stark abgeschwächt.
Hydratisierte bewegliche Ionen sind die Voraussetzung für die elektrische Leitfähigkeit.(dick)
Potentielle Elektrolyte:
Als potentielle Elektrolyte werden Stoffe bezeichnet, bei denen erst durch chemische Reaktion mit Wasser Ionen entstehen. Dazu gehören im Wesentlichen Stoffe in deren Molekülen mindestens eine polare Elektronenpaarbindung vorhanden ist (viele organische/anorganische Säuren, Ammoniak und einige organische Basen).
Starke und schwache Elektrolyte
Die unter Einfluss des Lösemittels stattfindende Bildung hydratisierter Ionen wird elektrolytische Dissoziation (dick) genannt.
Starke Elektrolyte (dick) sind im wässrigen Milieu praktisch vollständig dissoziiert. Zu dieser Gruppe von Elektrolyten gehören hauptsächlich die echten Elektrolyte, aber auch einige potentielle Elektrolyte wie z.B. Chlorwasserstoff.
Schwache Elektrolyte (dick) hingegen sind fast hauptsächlich potentielle Elektrolyte, bei welchen bei der Reaktion mit Wasser nur teilweise dissoziieren. Hierzu gehören z.B. Essigsäure sowie Ammoniak. Die Stärke der Dissoziation kann durch einen Dissoziationsgrad angegeben werden.
=> Schwache Elektrolyte haben bei gleicher Konzentration eine deutlich geringere elektrische Leitfähigkeit als starke Elektrolyte, was auf die geringere prozentuale Anzahl an hydratisierten beweglichen Ionen zurückzuführen ist.
Elektrolytische Leitfähigkeit
Bei Metallen erfolgt der Ladungstransport hauptsächlich durch Elektronen. Bei Elektrolyten hingegen wird dieser durch Ionenwanderung hervorgerufen.
Wirkt ein äußeres elektrisches Feld auf die Elektrolytlösung ein, so ändert sich die ungerichtete Bewegung der hydratisierten Ionen in eine gerichtete Bewegung.
Kationen wandern im elektrischen Feld zur negativ geladenen Kathode, Anionen hingegen wandern zu positiv geladenen Anode.
Mithilfe von Färbungen sowie in Verbindung mit Indikatoren kann diese Ionenwanderung im elektrischen Feld nachgewiesen werden.
Aber wozu ist denn die elektrolytische Leitfähigkeit nun eigentlich nützlich in unserem Alltagsleben?
Zum einen natürlich zum Ionentransport im elektrischen Feld (Akku!) und zum Anderen zur Stofftrennung und Stoffgewinnung bei technischen Prozessen.
Aber auch in unserem Körper halten Elektrolyte ständig ein Gleichgewicht aus Wasser- und Elektrolytkonzentration um neben dem menschlichen Stoffwechsel auch unser Immunsystem zu stärken.