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

$Mg + Cl_2 \rightarrow Mg^{2+} + 2 Cl^-$

$Mg + Cl_2 \rightarrow MgCl_2$

Oxidation

Die Oxidation beschreibt eine Teilreaktion der Redoxreaktion. Hierbei findet eine Elektronenabgabe statt.

$Mg \rightarrow Mg^{2+} + 2 e^-$

Reduktion

Die Reduktion beschreibt die andere Teilreaktion der Redoxreaktion. Hierbei findet eine Elektronenaufnahme statt.

$Cl_2 + 2e^- \rightarrow 2 Cl^-$

Aufbau von Salzen

Funktion	Stoff	Form des Ions	Ladung
Elektronenakzeptor	Nichtmetall-Atom	Anion	negativ
Elektronendonator	Metall-Atom	Kation	positiv