Einführung in die Elektrochemie:
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Berlin
Springer Spektrum
[2024]
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INHALTSVERZEICHNIS
1
EINFUEHRUNG
.
1
1.1
WAS
IST
ELEKTROCHEMIE?
.
1
1.2
GRUNDBEGRIFFE,
DEFINITIONEN,
FARADAY
'
SCHES
GESETZ
.
2
1.2.1
ELEKTRISCHE
LEITER,
ELEKTRISCHE
STROEME
UND
ELEKTRISCHE
LADUNGEN
.
2
1.2.2
ELEKTROCHEMISCHE
ZELLEN:
ELEKTROLYSEZELLE
UND
GALVANISCHE
ZELLE
.
5
1.2.3
FARADAY
'
SCHES
GESETZ,
ELEKTROLYSE
.
7
LITERATUR
.
8
2
ELEKTRISCHE
LEITFAEHIGKEIT
UND
IONENTRANSPORT
.
9
2.1
MOLARE
LEITFAEHIGKEIT
.
9
2.1.1
DEFINITION,
GRENZLEITFAEHIGKEIT
.
9
2.1.2
STARKE
ELEKTROLYTE:
KONZENTRATIONSABHAENGIGKEIT
DER
MOLAREN
LEITFAEHIGKEIT,
KOHLRAUSCH
'
SCHES
GESETZ
.
12
2.2
IONENTRANSPORT
DURCH
ELEKTROCHEMISCHE
MIGRATION
UND
DIFFUSION
.
14
2.2.1
LONENWANDERUNG
IM
ELEKTRISCHEN
FELD/MIGRATION:
WANDERUNGSGESCHWINDIGKEIT,
ELEKTROCHEMISCHE
BEWEGLICHKEIT
UND
ELEKTRISCHE
LEITFAEHIGKEIT
.
14
2.2.2
GESETZ
DER
UNABHAENGIGEN
LONENWANDERUNG
UND
BESTIMMUNG DER
GRENZLEITFAEHIGKEIT
SCHWACHER
ELEKTROLYTE,
TEMPERATUR
UND
LOESEMITTELABHAENGIGKEIT
DER
LONENGRENZLEITFAEHIGKEIT,
WALDEN
'
SCHE
REGEL
.
16
2.2.3
EINFLUSS
VON
HYDRATATION
UND
TUNNELEFFEKT
AUF
DIE
IONENLEITFAEHIGKEIT
.
19
2.2.4
LONENBEWEGLICHKEIT
UND
UEBERFUEHRUNGSZAHLEN
.
21
2.2.5
LONENWANDERUNG
DURCH
ELEKTRODIFFUSION,
NERNST-PLANCK
GLEICHUNG,
NERNST'SCHE
IONENBEWEGUNGSGLEICHUNG
UND
LEITELEKTROLYTE
.
26
2.3
SCHWACHE
ELEKTROLYTE,
OSTWALD'SCHES
VERDUENNUNGSGESETZ
.
31
2.4
STARKE
ELEKTROLYTE
.
32
2.4.1
MODELL
VON
STARKEN
ELEKTROLYTEN
IN
LOESUNG
.
33
2.4.2
DEBYE-HUECKEL-THEORIE,
DEBYE-LAENGE
SS
.
34
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
2.4.3
AKTIVITAETEN
UND
AKTIVITAETSKOEFFIZIENTEN
FUER
ELEKTROLYTLOESUNGEN
.
38
2.4.4
DEBYE-HUECKEL-ONSAGER-THEORIE,
LEITFAEHIGKEITSKOEFFIZIENT
FA
.
44
LITERATUR
.
47
3
ELEKTROCHEMISCHE
THERMODYNAMIK
.
49
3.1
GALVANISCHE
ZELLEN,
REVERSIBLE
ZELLSPANNUNG
UND
ELEKTRISCHES
POTENZIAL
(FRUEHER:
ELEKTROMOTORISCHE
KRAFT,
EMK)
.
49
3.2
KONZENTRATIONS-,
TEMPERATUR
UND
DRUCKABHAENGIGKEIT
DES
ELEKTRISCHEN
POTENZIALS;
NERNST
'
SCHE
GLEICHUNG
.
52
3.3
CHEMISCHES,
ELEKTRISCHES
UND
ELEKTROCHEMISCHES
POTENZIAL
.
56
3.4
TYPEN
VON
HALBZELLEN:
METALLIONENELEKTRODEN,
GASELEKTRODEN,
ELEKTRODEN
2.
ART,
REDOXELEKTRODEN
59
3.4.1
METALLIONENELEKTRODEN
(ELEKTRODEN
1.
ART)
.
59
3.4.2
GASELEKTRODEN
.
60
3.4.3
ELEKTRODEN
2.
ART
.
61
3.4.4
REDOXELEKTRODEN
.
62
3.5
DIFFUSIONSPOTENZIALE,
GALVANISCHE
ZELLEN
MIT
UND
OHNE
UEBERFUEHRUNG
62
3.5.1
DIFFUSIONSPOTENZIAL
.
62
3.5.2
GALVANISCHE
ZELLEN
MIT
UND
OHNE
UEBERFUEHRUNG
.
68
3.6
STANDARDPOTENZIAL
E
(ELEKTROCHEMISCHE
SPANNUNGSREIHE)
.
70
3.7
ELEKTRISCHES
POTENZIAL
VON
GALVANISCHEN
ZELLEN
.
76
3.7.1
ELEKTRISCHES
POTENZIAL
EINER
HALBZELLE
MIT
BELIEBIGER
KONZENTRATION
.
76
3.7.2
STANDARDPOTENZIAL
EINER
GALVANISCHEN
ZELLE
.
76
3.7.3
VERSCHIEDENE
TYPEN
VON
GALVANISCHEN
ZELLEN
.
78
3.8
ANWENDUNGEN
VON
POTENZIALMESSUNGEN
.
82
3.9
ELEKTROCHEMISCHE
DOPPELSCHICHT
.
83
3.9.1
DAS
PLATTENKONDENSATOR
MODELL
VON
HELMHOLTZ
.
83
3.9.2
DAS
GOUY-CHAPMAN
MODELL
.
85
3.9.3
DAS
STERN-MODELL;
NULLLADUNGSPOTENZIALE,
KONDENSATOREN
.
85
LITERATUR
.
88
4
ELEKTROCHEMISCHE
KINETIK
.
89
4.1
ELEKTROKINETISCHE
EFFEKTE
.
89
4.1.1
ELEKTROOSMOSE
.
90
4.1.2
STROEMUNGSPOTENZIAL
.
92
4.1.3
ELEKTROPHORESE
.
93
4.2
KINETIK
VON
ELEKTRODENPROZESSEN
.
93
4.2.1
DURCHTRITTSREAKTION,
AUSTAUSCHSTROMDICHTE
UND
UEBERSPANNUNG
.
93
4.2.2 DURCHTRITTSUEBERSPANNUNG,
BUTLER-VOLMER-GLEICHUNG
.
95
4.2.3
KONZENTRATIONS-UND
DIFFUSIONSUEBERSPANNUNG
.
101
INHALTSVERZEICHNIS
IX
4.2.4
WEITERE
ARTEN
DER
UEBERSPANNUNG
.
104
4.2.5
AKTIVIERUNGSUEBERSPANNUNG
.
105
4.3
KORROSION,
PASSIVIERUNG
UND
STROMLOSE
METALLABSCHEIDUNG
.
107
4.3.1
KORROSION
.
107
4.3.2
PASSIVIERUNG
.
108
4.3.3
STROMLOSE
METALLABSCHEIDUNG
.
109
4.4
ELEKTROLYSE
.
110
4.4.1
ERZEUGUNG
VON
WASSERSTOFF
DURCH
ELEKTROLYSE
.
112
4.4.2
CHLOR-ALKALI-ELEKTROLYSE
.
114
4.4.3
GEWINNUNG
UND
RAFFINATION
(REINIGUNG)
VON
METALLEN
.
116
4.5
VOLTAMMETRIE,
POLAROGRAPHIE
.
118
4.5.1
ZYKLISCHE
VOLTAMMETRIE
(DREIECKSPANNUNGSMETHODE)
.
118
4.5.2
POLAROGRAPHIE
.
120
LITERATUR.
.
126
5
ELEKTROCHEMISCHE
ENERGIESPEICHERUNG
UND
-UMWANDLUNG.
127
5.1
PRIMAERZELLEN,
BATTERIEN
.
128
5.1.1
ALKALI-MANGAN
ODER
ALKALINE-BATTERIE
.
128
5.1.2
ZINK-LUFT
(ZN-LUFT)-BATTERIE
.
128
5.1.3
LITHIUM-BATTERIEN,
KNOPFZELLEN
.
128
5.2
SEKUNDAERZELLEN,
AKKUMULATOREN
.
129
5.2.1
BLEIAKKU
.
129
5.2.2
NICKEL-METALLHYDRID
(NIMH)-AKKU
.
129
5.2.3
LITHIUM-IONEN
(LI-IONEN)-AKKU.
130
5.2.4
NEUE
ENTWICKLUNGEN
.
130
5.3
BRENNSTOFFZELLEN
.
132
5.3.1
H
2
/O
2
-ZELLE
.
132
5.3.2
METHANOL/O
2
-ZELLE
.
133
5.4
REDOXSPEICHER
.
133
5.5
ELEKTROCHEMISCHE
ENERGIESPEICHER,
WIRKUNGSGRADE.
134
5.6
PHOTOELEKTRISCHER
EFFEKT,
PHOTOVOLTAIK
.
136
5.6.1
AEUSSERER
PHOTOEFFEKT,
EINSTEIN
'
SCHES
FREQUENZGESETZ
.
136
5.6.2
INNERER
PHOTOEFFEKT,
PHOTOVOLTAIK
.
137
LITERATUR
.
139
ANHANG
.
141
LITERATUR
.
155
STICHWORTVERZEICHNIS
.
157 |
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