Elektrolyse von Wasser

Wissenschaft Chemie
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Hallo Chemiker,

kann mir bitte mal jemand gaaaanz einfach erklären, was bei der Elektrolyse von Wasser passiert? Wenn es geht ohne Chemiebegriffe, so dass es ein Physiker versteht…
Also: Ein Glas Wasser, 2 Drähte darin, eine Gleichspannung angelegt. Wenn das Wasser nicht gerade destilliert ist, bilden sich am Minuspol Wasserstoffbläschen und am Pluspol Sauerstoffbläschen.
Besser geht es, wenn man Natron reinmacht. Es geht aber auch mit Kochsalz. Ist das egal? Geht es nur darum, die Leitfähigkeit des Wassers zu erhöhen?
Naja - und die Hauptfrage eben: Welche Kraft zerreißt nun die Wassermoleküle? Was passiert da?

Danke.
Olaf

2

Neu und erschrischend
Hallo Physiker,

das ist mal ganz was neues, dass die Krone der Naturwissenschaften - und das ist wirklich nicht ironisch gemeint - mal was fragt.

kann mir bitte mal jemand gaaaanz einfach erklären, was bei
der Elektrolyse von Wasser passiert? Wenn es geht ohne
Chemiebegriffe, so dass es ein Physiker versteht…

Als Physiker weißt du, dass hochgeladene Kerne die Elektronen stärker anziehen. Aufgrund der diversen Schalenmodelle sollte es dir auch plausibel erscheinen, dass Wasserstoff eine (die einzige) positive Ladung entblößt, Sauerstoff dagegen 6 (weil 2 der 8 durch die erste vollständige Schale, also die Heliumschale neutralisiert oder maskiert werden).

Langer Rede kurzer Sinn, die Elektronen sind also sehr beim Sauerstoff konzentriert, das Proton liegt fast nackt.

Das ist immer so, wenn Wasser da ist.

Jetzt legen wir Strom (natürlich Spannung) an:

Die Elektronen am Minuspol suchen positive Ladungen. Und wo sind die? Bei den fast entblößten Protonen. Es bilden sich also H-Atome, die sich ziemlich bald zu Molekülen zusammenfinden.

Ziemlich bald, denn Hnasc, „Wassersatoff in statu nascendi“ ist deutlich reaktiver als molekularer Wasserstoff.

So sollte es kein Überraschung sein, was auf der Gegenseite passiert. Der Elektronensog des Pluspols nimmt die Elektronen von da, wo sie sind, vom Sauerstoff. Aus einem stolzen O2- wird ein schnödes Sauerstoff-Atom, das sich natürlich ebenfalls einen Partner sucht und dann abgast.

So, das war erst mal ganz simpel physikalisch, hoffe ich.

Aber die Chemie bleibt natürlich nicht ganz außen vor. Wie du vielleicht bemerkt hast, bleibt auf der einen Seite OH- (realistisch) oder O2- (vereinfacht) übrig, auf der anderen Seite H+. Es bildet sich alo ein pH-Gefälle.

Und wenn ich mal dezent darauf hinweisen darf, gemäß dem Ursache-Wirkungs-Gefälle, der pH-Wert beeinflusst umgekehrt auch die Reaktionen an den Elektroden.

Im Falle des Wassers ist das eine Nullnummer, egal ob du Säure oder Lauge zugibst, die Reaktionen sind dieselben, der Energieaufwand ist derselbe, AAAAAAABER:

Wenn du die Lösung mit Säure oder Base versetzt, gibt es mehr Vehikel, um die pH-Unterschiede auszugeleichen.

Kann man auch Leitfähigkeit nennen, aber ich bin kein Physiker.

Gruß, Zoelomat

3

Tach Physiker,

kann mir bitte mal jemand gaaaanz einfach erklären, was bei
der Elektrolyse von Wasser passiert? Wenn es geht ohne
Chemiebegriffe, so dass es ein Physiker versteht…

ääähm, Elektrolyse ist keine Chemie, sondern Physik!

Besser geht es, wenn man Natron reinmacht. Es geht aber auch
mit Kochsalz. Ist das egal? Geht es nur darum, die
Leitfähigkeit des Wassers zu erhöhen?

noch besser ist es, Schwefelsäure zu nutzen, denn die Leitfähigkeit wird zum einen weit besser vergrößert als mit Laugen oder gar Salzen, zum anderen kann beim Einsatz von Kochsalz Chlor entstehen, was gar nicht gesund ist.

Naja - und die Hauptfrage eben: Welche Kraft zerreißt nun die
Wassermoleküle? Was passiert da?

Stichworte wären Dissoziation, elektromotorische Kraft bzw. deren Umkehrung und Oxidation/Reduktion.

Gandalf

4

Moin,

danke für die Antwort, das hat mich weitergebracht.
Also jetzt meine Übersetzung:
Am Minuspol springt ein Elektron ins Wasser uns sucht sich ein Proton, dessen ehemaliges Elektron mal kurz weg ist, um ein bisschen Sauerstoff zu tanken. Das neue Elektron verbündet sich mit dem Proton und es entsteht wieder ein Wasserstoffatom. Und aus zweien davon ein Molekül usw. Und auf der anderen Seite springt ein Elektron des nächstgelegenen Sauerstoffs auf den rettenden Pluspol auf, und da entsteht atomarer/molekularer Sauerstoff. Und jetz muss es noch einen Ladungsausgleich zwischen den beiden Polen geben, und der geht über Ionenleitung durch das Salz, das ich ins Wasser gegeben habe. OK?
Und noch ne Frage: Wenn ich Kochsalz reingebe, kann dann wirklich Chlorgas entstehen? Das wäre nicht so schön.

Gruß
Olaf

5

Moin auch,

Und noch ne Frage: Wenn ich Kochsalz reingebe, kann dann
wirklich Chlorgas entstehen? Das wäre nicht so schön.

Wenn du Kochsalz dazu gibst, kann Chlorgas entstehen. Das wäre nicht so schön.

Ralph

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Also: Ein Glas Wasser, 2 Drähte darin, eine Gleichspannung
angelegt. Wenn das Wasser nicht gerade destilliert ist, bilden
sich am Minuspol Wasserstoffbläschen und am Pluspol
Sauerstoffbläschen.

Das wurde ja schon erklärt. Hinzufügen kann man noch, dass da noch andere Sachen passieren können. Anstatt nämlich Elektronen aus der Lösung aufzunehmen, könnte die Anode auch positiv geladene Metallionen an die Lösung abgeben. Unedle Anodenmaterialien können sich so recht zügig in Wohlgefallen auflösen. Wenn man nicht gerade Platindrähte zur Hand hat, sollte man deshalb lieber Kohlefasern nehmen.

Besser geht es, wenn man Natron reinmacht. Es geht aber auch
mit Kochsalz. Ist das egal? Geht es nur darum, die
Leitfähigkeit des Wassers zu erhöhen?

Auch, aber nicht nur. Die Existenz frei beweglicher Ladungsträger allein genügt nicht für die Elektrolyse. Sie müssen unter den jeweiligen Bedingungen auch an den Elektroden entladen werden können. Das dürfte zwar meistens gewährleistet sein, aber wenn es nicht der Fall ist, dann hat man keine Elektrolysezelle, sondern einen Elektrolytkondensator.

Naja - und die Hauptfrage eben: Welche Kraft zerreißt nun die
Wassermoleküle? Was passiert da?

Auch das wurde ja schon angedeutet: Die werden nicht zerrissen (dazu reichen die Spannungen in einer Elektrolyszelle bei weitem nicht aus), sondern sie fallen von selbst auseinander. Das machen sie auch ohne Elektrolyse, aber dann reagieren die Bruchstücke wieder miteinander und es stellt sich ein Gleichgewicht ein.