Überspannung bei der elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff

Der Unterschied zwischen Theorie und Praxis ist, dass in der Theorie kein Unterschied zwischen Theorie und Praxis besteht, in der Praxis schon:

Für die elektrolytische Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff ist die sog. Überspannung verschiedener Metalle bedeutsam.

Unter Überspannung versteht man in der Elektrochemie die Differenz zwischen dem theoretischen Redoxpotential (Tab. 2) und dem Potential, bei der die Redox-Reaktion tatsächlich stattfindet. Diese Überspannung ist materialabhängig (Tab. 1) und damit z.B. bei der Wahl von Elektrodenmaterialien für die effektive Elektrolyse von Wasser wesentlich, hier ein Vorschlag der Universität Rostock [1] für zwei entsprechende Experimente mit unseren Draht-Elektroden.

  • Experiment # 1 - Überspannung bei der elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff): Draht-Elektroden (0,5 mm aus Eisen, Kupfer, Nickel, Messing, Silber und Platin) tauchen in eine mit Kalilauge befüllte Petrischale, die Drähte werden mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden, eine Graphiteelektrode als Pluspol geschaltet und die Spannung schrittweise gesteigert. Die Wasserstoff-Entwicklung beginnt am Platin, dann Silber. Bei etwas höherer Spannung folgen Eisen und Nickel. Die höchste Spannung ist für die Wasserstoffentwicklung ist an Kupfer und Messing erforderlich. Hierbei zeigt sich, dass für die elektrolytische Gewinnung von Wasserstoff (von den untersuchten Materialien) Platin und Silber am geeignetsten sind.
  • Experiment # 2 - Überspannung bei der anodischen Abscheidung von Sauerstoff: Nach Umpolung der Spannungsquelle und schrittweiser Erhöhung der Spannung beginnt die Sauerstoff-Entwicklung am Nickel- und Eisendraht, damit ergeben sich Nickel und Eisen als geeignetste Materialien für die elektrolytische Gewinnung von Sauerstoff.

 

(1) Überspannungen von Wasserstoff und Sauerstoff an verschiedenen Elektrodenmaterialien bei 25 °C

  Elektrodenmaterial    Wasserstoff    Sauerstoff  
Platin (platiniert) −0,07 V +0,77 V
Palladium −0,07 V +0,93 V
Gold −0,09 V +1,02 V
Eisen −0,15 V +0,75 V
Platin (glatt) −0,16 V +0,95 V
Silber −0,22 V +0,91 V
Nickel −0,28 V +0,56 V
Graphit −0,62 V +0,95 V
Blei −0,71 V +0,81 V
Zink −0,77 V  

 

(2) Redoxpotentiale bei 25 °C; 101,3 kPa; pH = 0; Ionenaktivitäten 1 mol/l)

Element  oxidiert  z e  reduziert  Redox-
potential
Gold (Au) Au+ +  e Au +1,69 V
Platin (Pt) Pt2+ + 2 e Pt +1,20 V
Palladium (Pd) Pd2+ + 2 e Pd +0,85 V
Silber (Ag) Ag+ +  e Ag +0,80 V
Kupfer (Cu) Cu+ +  e Cu +0,52 V
Wasserstoff (H) 2 H+ 2 e H2 0 V
Eisen (Fe) Fe3+ + 3 e Fe −0,04 V
Blei (Pb) Pb2+ + 2 e Pb −0,13 V
Zinn (Sn) Sn2+ + 2 e Sn −0,14 V
Molybdän (Mo) Mo3+ + 3 e Mo −0,20 V
Nickel (Ni) Ni2+ + 2 e Ni −0,23 V
Indium (In) In3+ + 3 e In −0,34 V
Eisen (Fe) Fe2+ + 2 e Fe −0,44 V
Zink (Zn) Zn2+ + 2 e Zn −0,76 V
Zirconium (Zr) Zr4+ + 4 e Zr −1,45 V
Aluminium (Al) Al3+ + 3 e Al −1,66 V
Titan (Ti) Ti2+ + 2 e Ti −1,77 V
Magnesium (Mg) Mg2+ + 2 e Mg −2,362 V

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