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'''Elektrochemie''' bezeichnet mehrere verschiedene Teilgebiete innerhalb der Chemie. Sie ist zum einen eine Synthesemethode, präparative Elektrochemie oder [[Elektrolyse]] oder Elektrosynthese, zum anderen ist sie ein Teilgebiet der [[Physikalische Chemie|Physikalischen Chemie]], welches sich mit dem Zusammenhang zwischen elektrischen und chemischen Vorgängen befasst. Weiterhin gibt es elektrochemische Methoden in der [[Analytische Chemie|Analytischen Chemie]]. Die [[Technische Chemie]] kennt neben großtechnisch angewandten elektrochemischen Synthesemethoden noch die [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]]- und [[Brennstoffzelle]]ntechnik sowie die [[Galvanotechnik]]. Wie schnell elektrochemische Prozesse ablaufen wird durch die [[Elektrochemische Kinetik]] beschrieben.<br />
<br />
== Inhalt ==<br />
Wenn eine [[chemische Reaktion]] mit einem [[Elektrischer Strom|elektrischen Strom]] verknüpft ist, so ist dies ein elektrochemischer Vorgang. Entweder wird die [[Redoxreaktion]] durch eine von außen angelegte [[elektrische Spannung]] erzwungen ([[Elektrolyse]]), oder es wird durch die chemische Reaktion geeigneter Substanzen eine messbare Spannung hervorgerufen ([[Galvanische Zelle|galvanisches Element]]). Diese Spannungen sind charakteristisch für die jeweiligen Reaktionen und sind auf einer Skala dokumentiert, der [[Elektrochemische Spannungsreihe|elektrochemischen Spannungsreihe]]. Der direkte Elektronenübergang zwischen [[Molekül]]en, [[Ion]]en oder [[Atom]]en ist kein elektrochemischer Vorgang; typisch für die Elektrochemie ist die räumliche Trennung von [[Oxidation]] und [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]].<br />
<br />
Elektrochemische [[Chemische Reaktion|Reaktionen]] laufen in einer [[Galvanische Zelle|galvanischen Zelle]] ab und immer als [[Redoxreaktion]]en. Bei der [[Elektrolyse]] und dem Aufladen eines [[Akkumulator]]s wird dabei [[Energie]] zugeführt, beim Entladen einer [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]] oder bei Stromentnahme aus einer [[Brennstoffzelle]] erhält man elektrische Energie, die bei reversiblen Prozessen der [[Reaktionsenthalpie]] entspricht.<br />
<br />
Der bei solchen Reaktionen auftretende Strom ist eine leicht zu erfassende Kenngröße, die zur Kontrolle sehr wertvoll ist. Es wird oft eine Strom-Spannungs-[[Kennlinie]] aufgenommen, die den gemessenen Strom bei Variation der Spannung darstellt. Die Gestalt einer solchen Kennlinie hängt neben den üblichen [[Reaktionsparameter (Chemie)|Reaktionsparametern]] (Konzentration der beteiligten Stoffe, Temperatur, Größe der reaktiven Grenzflächen) auch von der Geschwindigkeit der Spannungsveränderung ab.<br />
<br />
Die für die Elektrochemie entscheidenden Redox-Vorgänge laufen dabei an der [[Phasengrenze]] [[Elektrode]]-[[Elektrolyt]] ab. Man kann daher definieren:<br />
Elektrochemie ist die [[Wissenschaft]] der Vorgänge an der [[Phasengrenze]] zwischen einem Elektronenleiter ([[Elektrode]]) und einem Ionenleiter ([[Elektrolyt]]).<br />
<br />
== Geschichte ==<br />
{{Hauptartikel|Geschichte der Elektrolyse}}<br />
<br />
[[Datei:Luigi galvani.jpg|miniatur|Luigi Galvani]]<br />
[[Datei:Fuel cell NASA p48600ac.jpg|miniatur|Brennstoffzelle (mit dem Alkohol Methanol betrieben)]]<br />
<br />
Einen wichtigen Anstoß zur Entwicklung der Elektrochemie gaben die Versuche von [[Luigi Galvani]] mit Froschschenkeln: die [[Muskel]]n kontrahierten, wenn sie mit verschiedenen [[Metalle]]n Kontakt hatten. [[Alessandro Volta]] stellte 1799 die erste funktionierende [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]] der Neuzeit her. Diese war – lange vor der Entwicklung des [[Generator]]s – eine äußerst wichtige Strom- und Spannungsquelle, die viele bedeutsame Entdeckungen ermöglichte, besonders auch die erstmalige Darstellung der Metalle [[Natrium]], [[Kalium]], [[Barium]], [[Strontium]], [[Calcium]] und [[Magnesium]] in den Jahren 1807 und 1808 durch [[Humphry Davy]].<br />
<br />
[[Johann Wilhelm Ritter]] lieferte Ende des 18. Jahrhunderts wichtige Beiträge zum Thema [[Galvanismus]] und konstruierte einen einfachen Akkumulator. [[Michael Faraday]], der die Begriffe [[Elektrode]], [[Elektrolyt]], [[Anode]], [[Kathode]], [[Anion]] und [[Kation]] einführte, entdeckte 1832 die [[Faradaysche Gesetze|Grundgesetze der Elektrolyse]]. Im Jahr 1959 erhielt [[Jaroslav Heyrovský]] für die Entwicklung eines [[Elektroanalytik|elektrochemischen Analyseverfahrens]], der [[Polarographie]], den [[Nobelpreis]] für Chemie.<br />
<br />
Schon in den Jahren 1887/1894 erkannte [[Wilhelm Ostwald]], dass leistungsfähige Brennstoffzellen für die Energieversorgung ein gewaltiges Zukunftspotential bieten müssten. Zu den wichtigen Entwicklungen des 20. Jahrhunderts gehört dementsprechend die Fortentwicklung der Brennstoffzelle, zunächst vor allem für Anwendungen im Weltraum: Für das [[Apollo-Programm]], das 1969 zur Mondlandung führte, wurden Wasserstoff-Brennstoffzellen entwickelt, die auch trinkbares Wasser für die Astronauten lieferten. Auch im [[Space Shuttle]] dienten Wasserstoff-Brennstoffzellen zur Stromversorgung.<br />
<br />
== Anwendungen ==<br />
* Herstellung chemischer Substanzen<br />
** Reduktion von [[Metallsalz]]en zur Herstellung unedler Metalle, vor allem durch [[Schmelzelektrolyse]], z.&nbsp;B. zur Herstellung von [[Lithium]], [[Natrium]], [[Kalium]], [[Calcium]], [[Magnesium]] und [[Aluminium]]<br />Der elektrische Strom wirkt hier als [[Reduktionsmittel]]. Da die Spannung variiert werden kann, kann die Reduktionskraft angepasst werden. Der elektrische Strom ist das stärkste Reduktionsmittel der Chemie, mit dem auch die Kationen der unedelsten Metalle reduziert werden können.<br />Die elektrolytische Metallabscheidung wird auch in der [[Galvanotechnik]] genutzt.<br />
** [[Oxidation]] von [[Anion]]en, z.&nbsp;B. von [[Halogenide]]n, etwa zur Herstellung von [[Fluor]] und [[Chlor]] in der [[Chloralkalielektrolyse]]<br />
** Der elektrische Strom erlaubt [[Redoxreaktion]]en ohne die Zugabe von Reduktions- oder Oxidationsmitteln. Viele weitere Redoxreaktionen können daher elektrolytisch besonders elegant ausgeführt werden oder werden erst ermöglicht. Erwähnt seien in der präparativen [[Organische Elektrochemie|organischen Elektrochemie]] die [[Elektrofluorierung]], die Dimerisierung von [[Acrylnitril]] zu [[Adipodinitril]] oder die [[Kolbe-Elektrolyse]]. Früher war außerdem die elektrochemische [[Grignard-Reaktion]] zur Herstellung von [[Bleitetraethyl]] von Bedeutung.<ref>{{Literatur |Autor=Wolfgang-Dieter Luz, Eberhard Zirngiebl |Titel=Die Zukunft der Elektrochemie |TitelErg=Einige Betrachtungen aus der Sicht der Industrie |Sammelwerk=Chemie in unserer Zeit |Band=23 |Nummer=5 |Verlag=VCH Verlagsgesellschaft, John Wiley & Sons |Ort=Weinheim |Datum=1989-10 |ISSN=0009-2851 |DOI=10.1002/ciuz.19890230503 |Seiten=151–160 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ciuz.19890230503}}</ref><br />
** Herstellung von [[Ozon]]-[[Sauerstoff]]-Gemischen durch Elektrolyse bei hohen Stromdichten<br />
** Die Herstellung von [[Wasserstoff]] z.&nbsp;B. durch Elektrolyse von Wasser oder als zweites [[Produkt (Chemie)|Produkt]] der [[Chloralkalielektrolyse]]<br />
* [[Galvanotechnik]] zur Herstellung metallischer Überzüge<br />
<br />
[[Datei:D matchstick-1.jpg|mini|Beispiel einer galvanischen Zelle, hier in der Baugröße [[Mono (Batterie)|Mono]]]]<br />
* Bereitstellung einer elektrischen Spannung, vor allem für mobile Anwendungen, in<br />
** [[Galvanische Zelle]]n (Monozellen)<br />
** [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterien]]<br />
** [[Akkumulator]]en<br />
** [[Brennstoffzelle]]n<br />
<br />
* Verwendung des elektrischen Stroms bzw. Messung des [[Elektrostatik#Potential und Spannung|Potentials]] bei der Durchführung von chemischen Analysen und Untersuchungen: [[Elektroanalytik|elektrochemische Analyse]], vor allem<br />
** [[Voltammetrie]], z.&nbsp;B. die [[Cyclovoltammetrie]] sowie die [[Polarographie]], die eine Voltammetrie an einer [[Quecksilbertropfelektrode]] ist<br />
** [[Amperometrie]], z.&nbsp;B. die Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration mit einer [[Clark-Elektrode]] oder die elektrochemischen [[Kontinuierlich messender Glucosesensor|kontinuierlichen Glucosesensoren]]<br />
** [[Potentiometrie]]; dazu zählen auch Untersuchungen mit [[ionenselektive Elektrode|ionenselektiven Elektroden]], z.&nbsp;B. die [[pH-Elektrode]], die [[fluoridselektive Elektrode]] und die [[kaliumselektive Elektrode]]<br />
** [[Coulometrie]], z.&nbsp;B. auch zur empfindlichen Bestimmung von Wasser mit dem coulometrischen [[Karl-Fischer-Verfahren]]<br />
** [[Elektrogravimetrie]], vor allem zur reduktiven Bestimmung von Metallionen wie Cu<sup>2+</sup><br />
** Auch an elektrochemischen DNA-Biosensoren und elektrochemischen DNA-Sequenzierungen wird geforscht.<br />
<br />
* [[Elektrochemische Impedanzspektroskopie]]<br />
* Untersuchungen zur [[Thermodynamik]] und zum Mechanismus von Reaktionen, wichtig auch für die [[Korrosion]]sforschung<br />
<br />
== Siehe auch ==<br />
* [[Elektrolyse]]<br />
* [[Bioelektrochemie]]<br />
* [[Elektrochemisches Gleichgewicht]]<br />
* [[Doppelschicht]]<br />
* [[Photoelektrochemie]]<br />
* [[Organische Elektrochemie]]<br />
* [[Nernst-Gleichung]]<br />
* [[Elektrochemisches Äquivalent]]<br />
* [[Butler-Volmer-Gleichung]]<br />
* [[Tafel-Gleichung]]<br />
* [[Redoxreaktion]]<br />
* [[oszillierende Reaktion]]<br />
* [[Liste bedeutender Batterieforscher und Elektrochemiker]]<br />
<br />
== Literatur ==<br />
* [[Peter Atkins (Chemiker)|Peter W. Atkins]], ''Physikalische Chemie'', Wiley-VCH, ISBN 3-527-30236-0.<br />
* Carl H. Hamann, [[Wolf Vielstich]], ''Elektrochemie'', 4. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 978-3-527-31068-5.<br />
* [[Wolfgang Schmickler]], ''Grundlagen der Elektrochemie'', Springer 1996.<br />
* Wolfgang-Dieter Luz, Eberhard Zirngiebl: ''Die Zukunft der Elektrochemie'', Chemie in unserer Zeit, 23. Jahrg. 1989, Nr. 5, S. 151–160, {{ISSN|0009-2851}}.<br />
* [[Kurt Schwabe]], ''Elektrochemie'', Akademie-Verlag, Berlin 1974, 1975, 1986<br />
* [[Gustav Kortüm]], ''Lehrbuch der Elektrochemie'', 4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim 1966.<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
{{Wikibooks|Anorganische Chemie für Schüler/ Elektrochemie I}}<br />
{{Wiktionary}}<br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
[[Kategorie:Elektrochemie| ]]<br />
[[Kategorie:Teilgebiet der Chemie]]<br />
<br />
{{Navigationsleiste Teilbereiche der Chemie}}<br />
<br />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4014241-3}}</div>imported>Invisigoth67