Die Elektrolyse einer Aluminiumchloridschmelze ist ein faszinierender Prozess. An den beiden Elektroden ´ Kathode und Anode ` geschehen unterschiedliche Redoxreaktionen. Um die Reaktionsgleichungen zu formulieren, muss man die Oxidations- und Reduktionsprozesse präzise verstehen. Die Elektronenanzahl spielt eine entscheidende Rolle – sie muss in beiden Teilreaktionen genauso viel mit sein.
An der Kathode erfolgt die Reduktion:
\( \{Al}^{3+} + 3\{e}^- \rightarrow \{Al} \)
Die Aluminium-Ionen werden hier zu elementarem Aluminium reduziert. Dies geschieht durch die Aufnahme von Elektronen.
An der Anode hingegen hat die Oxidation Platz:
\( 2\{Cl}^- \rightarrow \{Cl}_2 + 2\{e}^- \)
Chlorid-Ionen geben Elektronen ab und bilden elementares Chlor. Eine präzise Ausbalancierung dieser Reaktionen ist notwendig. Chlorid-Ionen setzen zwei Elektronen frei. Daher sollte die Teilreaktion so angepasst werden: Dass die Anzahl der Elektronen gleich ist.
Die Umformulierung an der Anode zeigt:
\( 2 \times \{Cl}^- \rightarrow \{Cl}_2 + 2 \times \{e}^- \)
Die Elektronen sind jetzt ausgeglichen freilich hat sich ebenfalls die Anzahl der Chlorid-Ionen verdoppelt. Um die Reaktionsgleichung zu vervollständigen ´ müssen die Koeffizienten angepasst werden ` sodass die Teilchen in der Gleichung übereinstimmen.
Schlussendlich ergibt sich:
\( 3 \times \{Cl}^- \rightarrow 3 \times \{Cl}_2 + 3 \times \{e}^- \)
Zusammengefasst kann man sagen die Elektrolyse einer Aluminiumchloridschmelze führt zu:
Kathode: \( 2\{Al}^{3+} + 6\{e}^- \rightarrow 2\{Al} \)
Anode: \( 3\{Cl}^- \rightarrow 3\{Cl}_2 + 3\{e}^- \)
Ein wichtiges Detail ist: Dass die Elektrolyse in der Industrie nicht wie im vereinfachten Modell durchgeführt wird. Normalerweise geschieht dies in einer Kryolith-Bad-Lösung. Hierbei verwenden die Industriebetriebe Calciumfluorid (\( \{CaF}_2 \)) um den Schmelzpunkt auf 900°C zu senken. Es ist auch erwähnenswert: Dass die Kathode häufig aus Eisen besteht. Die Anode die aus Graphit besteht hat eine besonders wichtige Funktion da sie als Opferanode fungiert. Der bei der Elektrolyse produzierte Sauerstoff wird in CO2 oder CO oxidiert – dies führt zu einem Verlust von Graphit an der Anode.
Zusammengefasst ist die Elektrolyse von Aluminiumchloridschmelzen ein komplexer Prozess der in der industriellen Anwendung berücksichtigt werden muss. Die genauen Reaktionsgleichungen verdeutlichen die Prinzipien der Redoxchemie und die Anpassungen an industrielle Verfahren zeigen ebenso wie wichtig es ist Effizienz und Ressourcen zu optimieren.
Elektrolyse einer Aluminiumchloridschmelze - Aufstellung der Reaktionsgleichungen
Wie werden die Reaktionsgleichungen bei der Elektrolyse einer Aluminiumchloridschmelze aufgestellt, und welche Rolle spielt die Industrie in diesem Prozess?