Metalle in Salzlösung: elektrische Leitfähigkeit & Redoxreaktion
Eine Salzlösung ist eine Flüssigkeit, in der ein Salz in dissoziierter Form, also in seinen Ionen-Bestandteilen, vorliegt. Dabei sind gleichzeitig elektrisch positiv geladene Kationen und elektrisch negativ geladene Anionen vorhanden.
Bei der Reaktion von Metallen mit Nichtmetallen entstehen Salze. Dabei handelt es sich um eine Redoxreaktion und es findet eine Elektronenübertragung statt. Die Metall-Atome stellen den Elektronendonator, die Nichtmetall-Atome dabei den Elektronenakzeptor dar.
Hinweis: Salze haben die Eigenschaften fest und spröde zu sein und können in Wasser gelöst elektrischen Strom leiten.
Ein Metall in einer Salzlösung kann auf diverse Art reagieren, oder aber auch gar nicht. Dabei kommt es auf das Metall und die Salzlösung an.
Ionen
Ionen sind geladene Moleküle oder Atome, die durch Elektronenaufnahme bzw. Elektronenabgabe entstehen. Die Aufgabe bzw. Abgabe der Elektronen erfolgt dabei immer gleichzeitig.
Elektrische Leitfähigkeit
Durch die frei beweglichen Ionen einer Salzlösung ist eine elektrische Leitfähigkeit gegeben. Wird eine Spannung angelegt, kann eine Wanderung der Ionen zum entsprechend gegensätzlich geladenem Pol beobachtet werden. Anionen wandern zur Anode und Kationen zur Kathode.
Ort des Geschehens
Ionen
Aktivität der Ionen an Pol
Resultat
Anode
Plus (+) Pol
Nichtmetall-Anionen (negativ geladene Teilchen)
Abgabe Elektronen
es entsteht das Nichtmetall
Kathode
Minus (-) Pol
Metall-Kationen (positiv geladene Teilchen)
Aufnahme Elektronen
es entsteht das Metall
Metalle
Verschiedene Metalle, haben unterschiedlich starke Bestreben ihre Aussenelektronen abzugeben und zu Ionen zu werden. Das Bestreben ist abhängig von ihrem Redoxpotential.
Unedle Metalle geben Elektronen eher ab (Reduktionsmittel), dabei gilt je unedler, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit der Abgabe. Dies führt zu einer höheren Reaktionsbereitschaft der unedlen Metalle. Hierzu werden Alkali- und Erdalkalimetalle gezählt.
Edle Metalle haben eine geringe Bereitschaft Elektronen abzugeben, sie nehmen Elektronen jedoch auf (Oxidationsmittel). Hierzu zählen die Edelmetalle (Gold, Silber, Platin).
Wie unedel oder edel ein Metall ist, ist von der Stärke des Bestrebens der Elektronenabgabe abhängig. Dieses Bestreben entspricht der Reihenfolge der Redoxreihe der Metalle.
Wenn ein Metall in eine Salzlösung eintaucht, in der sich Ionen eines edleren Metalls befinden, werden diese zum gediegenen Metall reduziert und ein Film von edlem Metall scheidet sich ab.
Beispiele
Beispiel Eisen und Gold in Salzwasser
Auf einem Schiffswrack unter Wasser finden sich Metallteile aus Eisen und auch Gegenstände aus Gold. Während die Eisenteile durch das Meerwasser gerostet sind, sind die Goldgegenstände nicht vom Salzwasser angegriffen.
Beispiel Eisen in Kupfersulfatlösung
Ein grauer Eisennagel wird in Kupfersulfatlösung getaucht und ist danach von einer rötlich glänzenden Kupferschicht überzogen. Die Eisen-Atome in Kontakt mit der Kupfersulfatlösung des Eisennagels reduzieren Kupfer-Ionen der Lösung durch Übertragung von zwei ihrer Elektronen. Ist dies erfolgt, scheidet sich das Kupfer an die Oberfläche des Eisennagels ab und die Eisen-Atome gehen als zweifach positiv geladene Ionen in die Lösung über.
Beispiel Kupferblech
... in Silbernitratlösung
Ein Kupferblech wird in eine Silbernitratlösung getaucht und es scheidet sich Silber ab. Die Silber-Ionen aus der Lösung reagieren nämlich mit den Kupferatomen des Blechs und so entstehen Silberatome, die ausfallen und Kupfer-Ionen.
... in Eisensulfatlösung
Wird ein Kupferblech in eine Eisensulfatlösung getaucht, geschieht nichts. Die Eisen-Ionen aus der Lösung reagieren nicht mit den Kupferatomen des Blechs.
Redoxreaktion
Sind chemische Reaktionen, bei welchen Elektronen übertragen werden. Sie besteht aus den Teilreaktionen der Oxidation und der Reduktion, die beide gleichzeitig stattfinden.
Gesamte Redoxreaktion
Mg+Cl2→Mg2++2Cl−
Mg+Cl2→MgCl2
Oxidation
Die Oxidation beschreibt eine Teilreaktion der Redoxreaktion. Hierbei findet eine Elektronenabgabe statt.
Mg→Mg2++2e−
Reduktion
Die Reduktion beschreibt die andere Teilreaktion der Redoxreaktion. Hierbei findet eine Elektronenaufnahme statt.
Cl2+2e−→2Cl−
Aufbau von Salzen
Funktion
Stoff
Form des Ions
Ladung
Elektronenakzeptor
Nichtmetall-Atom
Anion
negativ
Elektronendonator
Metall-Atom
Kation
positiv
Mehr dazu
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Eigenschaften von Metallen: Dichte, Härte, Leitfähigkeit
Teil 3
Elektronenpaarbindung im Orbitalmodell
Teil 4
Metallische Bindung-Bändermodell
Teil 5
Elektronegativität-Polarität-Dipol
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Teil 6
Metalle in Salzlösung: elektrische Leitfähigkeit & Redoxreaktion
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wie reagiert ein Kupferblech in einer Silbernitratlösung?
Wenn ein Kupferblech in eine Silbernitratlösung getaucht wird, wird Silber abgeschieden. Die Silber-Ionen aus der Lösung reagieren nämlich mit den Kupferatomen des Blechs und so entstehen Silberatome, die ausfallen und Kupfer-Ionen.
Wonach entscheidet sich, ob ein Metall in einer Salzlösung reagiert?
Es kommt hierbei jeweils auf das Metall und die Salzlösung an. Je nach vorliegenden Redoxpotentialen des Metalls und des Kation des Salzes (Metall-Atom) kann nach deren Vergleich eine Vorhersage über die Reaktion getroffen werden, oder ob gar keine Reaktion stattfindet.
Was sind Salzlösungen?
Salzlösungen entstehen aus in Flüssigkeit gelösten Salzen. Salze wiederum sind aus einem Nichtmetall-Anion und einem Metall-Kation aufgebaut. Eine Salzlösung besitzt eine elektrische Leitfähigkeit.