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Prolog : Wer hier gelandet ist, sollte sich so schnell wie möglich wieder wegklicken. Denn Beiträge wie den folgenden liest heute doch keine Sau mehr. Schüler und Studenten nicht, weil sie es so genau nicht brauchen . Und höhere Chargen lesen es nicht, weil sie es nicht nur längst, sondern vor allem auch viel besser zu wissen meinen.
FKS

http://www.chemikerboard.de/ptopic,72749.html#72749

Zitat von »"ichda24"«

Im Internet steht immer ?Es kann neben oder anstatt Sauerstoff auch Chlor entsteht?

Es kann nicht nur, sondern es ist Realität, dass ein Gemisch aus Sauerstoff und Chlor entsteht. Und dies prinzipiell betrachtet unter allen Bedingungen. Vorausgesetzt natürlich, dass die wässrige Lösung Chloridionen enthält. Denn bei jeder angelegten Spannung strebt das Reaktionsgeschehen an der Anode erst einmal diesen Gleichgewichten zu :\[ 4 \ OH^- \ <-> \ O_2 \ + \ 2 \ H_2O \ + \ 4 \ e^- \]\[ 2 \ Cl^- \ <-> \ Cl_2 \ + \ 2 \ e^- \]Wobei man die erste Reaktion in neutraler und saurer Lösung so zu formulieren hätte :\[ 2 \ H_2O \ <-> \ O_2 \ + \ 4 \ H^+ \ + \ 4 \ e^- \] Was aber für die weitere Betrachtung erst einmal keine Rolle spielt.

Wichtig ist allein, dass jeder angelegten Spannung ein Gleichgewichtspartialdruck an der Anode entspricht . Und dies sowohl von Cl2 als auch von O2. Wobei die Gleichgewichtspartiadrucke nur deshalb nicht erreicht werden, weil sich beide Gase in Wasser lösen und soweit sie das nicht tun, in den Gasraum entweichen. Aber das , was in den Gasraum entweicht ist letztlich immer ein Gemisch aus O2 und Cl2. Wobei dieses Entweichen bei niedrigen Spannungen in Form von Diffusion und genau besehen erst dann erfolgt, wenn der Gleichgewichtspartialdruck des betreffenden Gases den im Gasraum herrschenden Partialdruck eben dies Gases überschreitet. Was im Fall des Luftsaerstoffs mit einem Volumenanteil von grob gerundet 20 % bei einem Luftdruck von 1 bar einen Gleichgewichtspartiadruck an der Anode von p(O2) > 0,2 bar erfordert.

In Form von Gasblasen entweicht das Produktgemisch dann, wenn der Gesamtdruck der beiden Produktgase den Außendruck überschreitet. Die diesem Fall entsprechende Spannung bezeichnet man als "Zersetzungsspannung" . Wobei die Zusammensetzung des Produktgases mit guter Näherung dem Verhältnis der Gleichgewichtspartialdrucke \[ p(Cl_2) \ : \ p(O_2) \ = \ n(Cl_2) \ : \ n(O_2)\]entspricht.

Dass dieses Mischungsverhältnis sich mit steigender Konzentration der Hydroxidionen zugunsten des Sauerstoffs und mit steigender Konzentration der Chloidionen zugunsten des Chlors verschiebt, ergibt sich aus dem Gleichgewichtsprinzip, das auf Schulniveau ia. als Prinzip von LE CHATELIER "gehandelt" wird.

Wenn wir einmal annehmen, das für die Konzentrationen \[ c(Cl-) \ = \ c(OH-) \ = \ 1 \ mol/L\] gilt, dann sollte nach energetischer Berechnung gemäß NERNST'sche Gleichung für die Entwickung von Sauerstoffblasen ein Anodenpotenzial von 0,41 Volt und für die Entwicklung von Chlorblasen ein Anodenpotenzial von 1,37 Volt erforderlich sein.

Und selbst bei der pOH = 14 <=> pH = 0 entsprechenden, winzigen Konzentration der Hydroxidionen sollte die Bildung von O2 mit einem Anodenpotenzial von 1,23 V energetisch immer noch bevorzugt sein vor der Bildung des Cl2, das Mischungsverhältnis n(Cl2) : n(O2) < 1 sein und somit immer noch einem Stoffmengenanteil x(O2) > 50 % im Produktgas entsprechen.

Leider ist das Ganze etwas vertrackter. Denn die Bildung von Molekülen aus den primär an den Elektroden entstehenden Atomen ist sozusagen "langsamer als gedacht" , so dass das Produktgas in nicht unerheblichem Umfang ungebundene Atome enthält, was natürlich einen höheren Energiebedarf und somit eine höhere Zersetzungsspannung bedeutet.

Die Differenz zwischen der " nach vereinfachter Denke" erwarteten und der tatsächlich benötigten Spannung wird als Überspannung bezeichnet. Diese Überspannung ist um so größer, je langsamer die Atome zu Molekülen rekombinieren und je kürzer deren mittlere Verweildauer an bzw. in der Elektrode ist. Womit auch klar sein sollte, dass die Überspannung um so geringer ist , je besser sich ein Gas ( bei im Übrigen gleichen Verhältnissen ) in dem Elektrodenmaterial löst.

Wählt man das Elektrodenmaterial so, dass die Überspannung für den Sauerstoff wesentlich größer ausfällt als die Überspannung für das Chlor, so verschiebt sich das Stoffmengenverhältnis im Produktgas zu Gunsten des Chlors . Auf diese Weise lässt sich das Verhältnis so stark zugunsten des Chlors verschieben, dass das Produktgas Sauerstoff nur noch mit einem Stoffmengenantel im Bereich von einem Prozent enthält .

Gruß FKS