.. _Galvanik und Ladungsdiffusion:

Galvanik und Ladungsdiffusion
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.. index:: Elektrolyt
.. _Ladungstransport in Flüssigkeiten:

Ladungstransport in Flüssigkeiten
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Reines Wasser ist ein Isolator; enthält es allerdings gelöste Salze, Säuren oder
Basen, so gibt es Ionen als frei bewegliche Ladungsträger. Eine derartige Lösung
wird als Elektrolyt bezeichnet.

Taucht man zwei metallische Elektroden in einen Elektrolyt ein und legt eine
elektrische Spannung an, so bewegen sich die positiv geladenen Ionen (Kationen)
zur negativen Elektrode (Kathode); ebenso bewegen sich die negativ geladenen
Ionen (Anionen) zur positiven Elektrode (Anode). Durch die Ionenbewegung findet
also sowohl ein Ladungs- wie auch ein Materie-Transport statt.

An der negativ geladenen Kathode werden die positiven Ladungen der Kationen
neutralisiert. Die abgegebene elektrische Ladung wird über die Spannungsquelle
zur positiven Anode "gepumpt", wo entsprechend die negativen Ladungen der
Anionen neutralisiert werden. Als Folge dieses Ionentransports, der auch
Elektrolyse genannt wird, setzen sich also positive geladenen Metall-
beziehungsweise Wasserstoff-Ionen an der Kathode ab, während sich an der Anode
negativ geladene Sauerstoff-Ionen beziehungsweise Säurereste absetzen.


.. _Die Faradayischen Gesetze:

.. rubric:: Die Faradayischen Gesetze

Die Faradayischen Gesetze beschreiben den Zusammenhang zwischen der bei einer
Elektrolyse transportierten Ladung :math:`Q` und der an den Elektroden
abgeschiedene Masse :math:`m`:

* Bei einfach geladenen Ionen ist die von einer Elektrode aufgenommene Masse
  :math:`m` proportional zur aufgenommenen beziehungsweise abgegebenen
  Ladungsmenge :math:`Q`:

  .. math::

      m \propto Q \quad \text{beziehungsweise} \quad m \propto I \cdot t

  Um ein Mol eines Stoffes an einer Elektrode abzuscheiden, muss die
  Ladungsmenge :math:`Q_{\mathrm{mol}} = N_{\mathrm{A}} \cdot e` abgegeben
  werden, wobei die Avogadro-Konstante :math:`N_{\mathrm{A}} = \unit[6,022 \cdot
  10^{23}]{\frac{1}{mol}}` die Anzahl der Teilchen je Mol und :math:`e=\unit[1,6
  \cdot 10^{-19}]{C}` die Elementarladung angibt.

* Bei mehrfach geladenen Ionen ist die von einer Elektrode aufgenommene Masse



Für eine Spannungserzeugung durch eine chemische Umsetzung sind zwei
verschiedene Werkstoffe und eine stromleitende Flüssigkeit (Elektrolyt)
notwendig.

.. rubric:: Elektrolytische Spannungsreihe

+-------------+----------+
| Material    | Spannung |
+-------------+----------+
| Lithium     | -3.045V  |
+-------------+----------+
| Kalium      | -2.92V   |
+-------------+----------+
| Calcium     | -2.76V   |
+-------------+----------+
| Natrium     | -2.71V   |
+-------------+----------+
| Magnesium   | -2.34V   |
+-------------+----------+
| Aluminium   | -1.67V   |
+-------------+----------+
| Mangan      | -1.07V   |
+-------------+----------+
| Zink        | -0.76V   |
+-------------+----------+
| Chrom       | -0.56V   |
+-------------+----------+
| Eisen       | -0.44V   |
+-------------+----------+
| Cadmium     | -0.40V   |
+-------------+----------+
| Nickel      | -0.23V   |
+-------------+----------+
| Zinn        | -0.14V   |
+-------------+----------+
| Blei        | -0.12V   |
+-------------+----------+
| Wasserstoff | -0.00V   |
+-------------+----------+
| Kupfer      | +0.35V   |
+-------------+----------+
| Kohle       | +0.74V   |
+-------------+----------+
| Silber      | +0.80V   |
+-------------+----------+
| Quecksilber | +0.80V   |
+-------------+----------+
| Platin      | +1.20V   |
+-------------+----------+
| Gold        | +1.40V   |
+-------------+----------+

Je nachdem welche chemischen Elemente kombiniert werden, erhält man durch Zugabe
eines Elektrolyts unterschiedliche Spannungen.

Elektrochemische Korrosion:

Grund für die elektrochemische Korrosion: Durch zwei unterschiedliche Metalle
und ein Elektrolyt entsteht ein galvanisches Element. Abhilfe schafft
beispielsweise Lackieren oder Fetten.