Elektrolyse

In leitenden Flüssigkeiten können elektrische Ströme fließen. Solche Flüssigkeiten bezeichnet man als Elektrolyte. Die chemische Zersetzung des Elektrolyten durch den Stromfluss bezeichnet man als Elektrolyse.

Die Grundlage der Elektrolyse ist ein mit dem Stromfluss verbundener Stofftransport im Elektrolyten. Im Elektrolyten befinden sich geladene Teilchen, die durch Auflösung einer Säure, Base oder eines Salzes in einem Lösungsmittel - meist Wasser - freigesetzt werden. Unter sehr hohen Temperaturen geht die Elektrolyse auch ohne vorherige Auflösung in der Schmelze von elektrischen Leitern vonstatten. Schließt man den Elektrolyten an eine Stromquelle an, dann wandern die geladenen Teilchen - man nennt sie Ionen - zu den Stromzuführungen. Die positive Stromquelle ist die Anode, die negative Stromzuführung heißt Katode. Positiv geladene Ionen bewegen sich zur Katode, negativ geladene Ionen zur Anode. Diese Teilchenbewegung ist der elektrische Strom in der Flüssigkeit.

Elektrolyse einer Natriumchloridschmelze

Die physikalisch-chemischen Abläufe während der Elektrolyse lassen sich anhand des Beispiels Natriumchloridschmelze verdeutlichen:

In der Natriumchloridschmelze (Kochsalz) befinden sich positiv geladene Natrium-Ionen ${\text{Na}}^{+}$und negativ geladene Chlor-Ionen ${\text{Cl}}^{-}$.
Die zur Katode gewanderten Na-Ionen nehmen von der Katode ein Elektron auf und werden dadurch zu Natriumatomen:

${\text{Na}}^{+}+{\text{e}}^{-}\to \text{Na}$

Da die Natriumatome elektrisch neutral sind, können sie nicht mehr am weiteren Stromfluss teilnehmen. Insbesondere wirken auf sie keine elektrischen Kräfte mehr. Sie verbleiben deshalb an der Katode.
Die zur Anode gelangten Chlor-Ionen geben dort das überschüssige Elektron ab. Da Chlor im gasförmigen molekularen Zustand an der Anode abgeschieden wird, lautet die entsprechend Reaktionsgleichung:

$\text{2}{\text{Cl}}^{-}\to {\text{Cl}}_2+2{\text{e}}^{-}$

Durch Elektrolyse kann man aus Natriumchlorid Natrium und Chlor gewinnen.
Insgesamt gilt für alle elektrolytischen Vorgänge:
An der Katode nehmen die Ionen Elektronen auf, an der Anode geben die Ionen Elektronen ab.
Insgesamt bleibt dabei die Elektronenbilanz erhalten, sodass außerhalb des Elektrolyten ein "normaler" Elektronenstrom im Leitungsdraht fließt.

Neben der bereits anhand der Natriumchloridelektrolyse beschriebenen großtechnisch betriebenen Herstellung von chemischen Stoffen, findet die Elektrolyse vor allem in der Galvanisierung Anwendung.