3 Das chemische Gleichgewicht 3.7 Gleichgewichte von Salzen, Säuren und Basen

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3 Das chemische Gleichgewicht 3.7 Gleichgewichte von Salzen, Säuren und Basen Säure-Base-Indikatoren

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Säure-Base-Indikatoren

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3 Das chemische Gleichgewicht3.8 Redoxvorgänge

Antoine Laurent Lavoisier (27.08.1743 - 08.05.1794)

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Oxidation, Reduktion

Oxidation

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Oxidation, Reduktion

Oxidation

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Oxidation, Reduktion

Oxidation

Reduktion

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Oxidation, Reduktion

Reduktion

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3.8 Redoxvorgänge

Oxidation, Reduktion

Reduktion

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3.8 Redoxvorgänge

Oxidation, Reduktion

Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

allgemein:

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

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Oxidation, Reduktion

Beispiel für eine unmögliche Reaktion:

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Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen

Beispiel

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Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen

Beispiel

1. Auffinden der Oxidationszahlen der oxidierten und der reduzierten Form

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Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen

Beispiel

1. Auffinden der Oxidationszahlen der oxidierten und der reduzierten Form

2. Differenz der Oxidationszahlen ergibt die Zahl der übertragenen Elektronen.

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Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen

Beispiel

3. Prüfung der Elektroneutralität

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Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen

Beispiel

3. Prüfung der Elektroneutralität

4. Stoffbilanz

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Oxidation, Reduktion Aufstellen von Redoxgleichungen

Beispiel

5. Kombination beider Redoxsysteme ergibt:

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

Daniell-Element

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Galvanische Elemente

Daniell-Element

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

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Galvanische Elemente

Die Spannung eines galvanischen Elementes wird EMK, elektro-motorische Kraft genannt. Aufgrund dieser EMK kann das galvanischeElement elektrische Arbeit leisten.

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Galvanische Elemente

Die Spannung eines galvanischen Elementes wird EMK, elektro-motorische Kraft genannt. Aufgrund dieser EMK kann das galvanischeElement elektrische Arbeit leisten.

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Galvanische Elemente

Die Spannung eines galvanischen Elementes wird EMK, elektro-motorische Kraft genannt. Aufgrund dieser EMK kann das galvanischeElement elektrische Arbeit leisten.

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

Walther Herrmann Nernst(1864 - 1941)dt. Physiker und Physikochemiker

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

R = universelle GaskonstanteT = TemperaturF = Faraday-Konstante (96487 As/mol)z = Zahl der bei einem Redoxsystem auftretenden Elektronen

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

E° = Normalpotential oder Standarpotential

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

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Berechnung von Redoxpotentialen: Nernstsche Gleichung

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

Bei Zugabe von Chloridionen zu einem Ag/Ag+ - Halbelement wird aufgrund der Bildung des schwerlöslichen AgCl das Potential von[Cl-] bestimmt. Allgemein werden solche Elektroden Elektroden zweiter Art genannt.

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

Bei Zugabe von Chloridionen zu einem Ag/Ag+ - Halbelement wird aufgrund der Bildung des schwerlöslichen AgCl das Potential von[Cl-] bestimmt. Allgemein werden solche Elektroden Elektroden zweiter Art genannt.

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

Bei Zugabe von Chloridionen zu einem Ag/Ag+ - Halbelement wird aufgrund der Bildung des schwerlöslichen AgCl das Potential von[Cl-] bestimmt. Allgemein werden solche Elektroden Elektroden zweiter Art genannt.

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

Bei Zugabe von Chloridionen zu einem Ag/Ag+ - Halbelement wird aufgrund der Bildung des schwerlöslichen AgCl das Potential von[Cl-] bestimmt. Allgemein werden solche Elektroden Elektroden zweiter Art genannt.

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Konzentrationsketten, Elektroden zweiter Art

Kalomel-Elektrode

Quecksilber, das mit festem Hg2Cl2 (Kalomel) bedeckt ist. Elektrolyt besteht aus KCl-Lösung bekannter Konzentration, die mit Hg2Cl2

gesättigt ist. In das Quecksilber taucht ein als elektrische Zuleitung dienender Platindraht.

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

Standardpotentiale sind Relativwerte bezogen auf die Standardwasser-stoffelektrode, deren Standardpotential willkürlich null gesetzt wurde.

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die Standardwasserstoffelektrode

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Die elektrochemische Spannungsreihe

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Die elektrochemische Spannungsreihe

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Die elektrochemische Spannungreihe

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Die elektro-chemische Spannung-reihe

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Die elektrochemische Spannungsreihe

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Die elektrochemische Spannungsreihe

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

Metalle wie Zink oder Eisen bezeichnet man als unedle Metalle, da sieein positives Potential besitzen, in der Spannungsreihe daher oberhalb Wasserstoff stehen und sich in Säuren unter H2-Entwicklung lösen.

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

Metalle wie Zink oder Eisen bezeichnet man als unedle Metalle, da sieein positives Potential besitzen, in der Spannungsreihe daher oberhalb Wasserstoff stehen und sich in Säuren unter H2-Entwicklung lösen.Metalle wie Cu, Ag oder Au tun dies nicht, stehen unterhalb Wasser-stoff und werden als edle Metalle bezeichnet.

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

Einige Metalle besitzen Standardpotentiale niedriger als -0,41 V, reagieren aber aufgrund einer schützenden Oxid- oder Hydroxidschicht nicht mit Wasser (Passivität).

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser

Einige Metalle besitzen Standardpotentiale niedriger als -0,41 V, reagieren aber aufgrund einer schützenden Oxid- oder Hydroxidschicht nicht mit Wasser (Passivität).

z.B. Aluminium E°Al = -1,7 V

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Reaktionen von Metallen mit Säuren und Wasser /pH - Abhängigkeit von Potentialen

z.B. Aluminium E°Al = -1,7 V

Bei z.B. pH = 13 erfolgt Auflösung der Schutzschicht unter Komplex-bildung. Das Redoxpotential H3O+/H2 beträgt hier EH = -0,77 V

Auflösung des Al unter H2 - Entwicklung

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

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Die elektrochemische Spannungsreihe

pH - Abhängigkeit von Potentialen

Mit Salpetersäure (pH = 0) können daher Ag und Hg aufgelöst werden, mit einer neutalen Nitratlösung nicht.

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Abhängigkeit der Potentiale von Komplexbildung

- Aluminatbildung (s. Passivität)

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Abhängigkeit der Potentiale von Komplexbildung

- Aluminatbildung (s. Passivität)

- Au3+ - Ionen bilden in Gegenwart von Cl- - Ionen [AuCl4]- - Komplexionen.

Dadurch wird die Au3+ - Konzentration beeinflußt und hierdurch wiederum das Au/Au3+ - Potential erniedrigt.

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Die elektrochemische Spannungsreihe

Redoxpotentiale erlauben eine Voraussage, ob ein Redoxprozeß überhaupt möglich ist, nicht aber,ob er auch tatsächlich abläuft!

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

Je größer die Differenz der Standardpotentiale ist, umso weiter liegtdas Gleichgewicht auf einer Seite.

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

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Gleichgewichtslage bei Redoxprozessen

Bei einer Differenz der Standardpotentiale erhält man für K:

K = 1010.

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Elektrolyse

Redoxvorgänge, die nicht freiwillig ablaufen, können durch Zuführungeiner elektrischen Arbeit erzwungen werden. Dies geschieht bei der Elektrolyse.

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

Damit eine Elektrolyse ablaufen kann, muß die angelegte Gleichspan-nung mindestens so groß sein wie die Spannung, die das galvanischeElement liefert.

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Elektrolyse

Damit eine Elektrolyse ablaufen kann, muß die angelegte Gleichspan-nung mindestens so groß sein wie die Spannung, die das galvanischeElement liefert.

Diese für eine Elektrolyse benötigte Zersetzungsspannung kann aus denDifferenzen der Redoxpotentiale berechnet werden.

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Elektrolyse

Damit eine Elektrolyse ablaufen kann, muß die angelegte Gleichspan-nung mindestens so groß sein wie die Spannung, die das galvanischeElement liefert.

Diese für eine Elektrolyse benötigte Zersetzungsspannung kann aus denDifferenzen der Redoxpotentiale berechnet werden.

In der Praxis treten z.B. wegen der Überwindung des ZellwiderstandesSpannungserhöhungen (Überspannungen) auf, die einen größeren Wertfür die tatsächliche Zersetzungsspannung hervorrufen.

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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Elektrolyse

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3 Das chemische Gleichgewicht3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Elektrolysiert man eine wäßrige Lösung , die verschiedene Ionensortenenthält, so scheiden sich mit wachsender Spannung die einzelnen Ionensorten nacheinander ab.

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3 Das chemische Gleichgewicht3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Elektrolysiert man eine wäßrige Lösung , die verschiedene Ionensortenenthält, so scheiden sich mit wachsender Spannung die einzelnen Ionensorten nacheinander ab.

An der Kathode wird zuerst die Kationensorte mit dem positivsten Potential entladen. Je edler ein Metall ist, umso leichter sind seineIonen reduzierbar.

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3 Das chemische Gleichgewicht3.8 Redoxvorgänge

Elektrolyse

Elektrolysiert man eine wäßrige Lösung , die verschiedene Ionensortenenthält, so scheiden sich mit wachsender Spannung die einzelnen Ionensorten nacheinander ab.

An der Kathode wird zuerst die Kationensorte mit dem positivsten Potential entladen. Je edler ein Metall ist, umso leichter sind seineIonen reduzierbar.

An der Anode werden zuerst diejenigen Ionen oxidiert, die die negativsten Redoxpotentiale haben.

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Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse

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Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse

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Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse

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Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse Amalgamverfahren

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Elektrolyse

Chloralkali-Elektrolyse Amalgamverfahren