Elektrolytische Korrosionszellen und elektrochemische Korrosionszellen unterscheiden sich grundlegend in ihrer Funktionsweise und ihren Energieumwandlungsprozessen.Eine elektrolytische Zelle benötigt eine externe elektrische Energiequelle, um eine nicht spontane chemische Reaktion anzutreiben, während eine elektrochemische (galvanische) Zelle elektrische Energie aus einer spontanen chemischen Reaktion erzeugt.Der entscheidende Unterschied liegt in der Richtung der Energieumwandlung und in der Spontaneität der beteiligten Reaktionen.Elektrolytische Zellen werden z. B. in der Galvanotechnik eingesetzt, während elektrochemische Zellen häufig in Batterien zu finden sind.Das Verständnis dieser Unterschiede ist entscheidend für die Auswahl des geeigneten Systems für bestimmte Anwendungen.
Die wichtigsten Punkte werden erklärt:
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Richtung der Energieumwandlung:
- Elektrolytische Zelle:Wandelt elektrische Energie in chemische Energie um.Eine externe Stromquelle ist erforderlich, um die nicht spontane Reaktion anzutreiben.
- Elektrochemische (Galvanische) Zelle:Wandelt chemische Energie in elektrische Energie um.Die Reaktion erfolgt spontan und erzeugt einen elektrischen Strom ohne externe Energiezufuhr.
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Spontaneität der Reaktion:
- Elektrolytische Zelle:Die Reaktion ist nicht spontan, d. h. sie erfordert eine externe Spannung, um abzulaufen.Die Gibbssche freie Energieänderung (ΔG) ist positiv.
- Elektrochemische Zelle:Die Reaktion ist spontan, d. h. sie läuft auf natürliche Weise ohne äußere Einwirkung ab.Die freie Energieänderung nach Gibbs (ΔG) ist negativ.
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Rollen der Elektroden:
- Elektrolytische Zelle:Die Anode ist positiv und die Kathode ist negativ.Die Oxidation findet an der Anode statt, die Reduktion an der Kathode.
- Elektrochemische Zelle:Die Anode ist negativ und die Kathode ist positiv.An der Anode findet die Oxidation statt, an der Kathode die Reduktion.
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Anwendungen:
- Elektrolytische Zelle:Wird in Prozessen wie der Galvanisierung, der Elektrolyse von Wasser und der Raffination von Metallen verwendet.Sie ist unverzichtbar in Industriezweigen, in denen eine präzise Kontrolle der chemischen Reaktionen erforderlich ist.
- Elektrochemische Zelle:Kommt in Batterien, Brennstoffzellen und Korrosionsprozessen vor.Es wird häufig in der tragbaren Elektronik, in Elektrofahrzeugen und in Energiespeichersystemen verwendet.
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Elektrolyt und Elektroden:
- Elektrolytische Zelle:Benötigt eine Elektrolytlösung und zwei Elektroden (Anode und Kathode).Die externe Stromquelle treibt die Ionen an, sich zu den jeweiligen Elektroden zu bewegen.
- Elektrochemische Zelle:Besteht ebenfalls aus einem Elektrolyten und zwei Elektroden, aber die chemische Reaktion selbst erzeugt die Bewegung von Ionen und Elektronen, wodurch ein elektrischer Strom entsteht.
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Korrosion Implikationen:
- Elektrolytische Korrosion:Tritt auf, wenn ein externer Strom Metall korrodieren lässt.Dies ist häufig bei Strukturen zu beobachten, die Streuströmen ausgesetzt sind, wie z. B. Rohrleitungen in der Nähe elektrischer Anlagen.
- Elektrochemische Korrosion:Entsteht auf natürliche Weise, wenn zwei ungleiche Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten miteinander in Kontakt kommen, was zu galvanischer Korrosion führt.Dies geschieht häufig in Meeresumgebungen oder dort, wo Metalle Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
Das Verständnis dieser Unterschiede hilft bei der Auswahl des richtigen Zellentyps für bestimmte Anwendungen und bei der Abschwächung von Korrosion in verschiedenen Umgebungen.
Zusammenfassende Tabelle:
| Aspekt | Elektrolytische Zelle | Elektrochemische (Galvanische) Zelle |
|---|---|---|
| Energieumwandlung | Wandelt elektrische Energie in chemische Energie um (nicht-spontane Reaktion). | Wandelt chemische Energie in elektrische Energie um (spontane Reaktion). |
| Spontaneität der Reaktion | Nicht spontan (erfordert externe Spannung, ΔG > 0). | Spontan (tritt natürlich auf, ΔG < 0). |
| Rollen der Elektroden | Anode:Positiv (Oxidation), Kathode: Negativ (Reduktion). | Anode:Negativ (Oxidation), Kathode: Positiv (Reduktion). |
| Anwendungen | Galvanotechnik, Elektrolyse von Wasser, Raffination von Metallen. | Batterien, Brennstoffzellen, Korrosionsprozesse. |
| Elektrolyt und Elektroden | Benötigt externe Energie, um die Ionenbewegung anzutreiben. | Chemische Reaktion erzeugt Ionen- und Elektronenbewegung. |
| Korrosion Auswirkungen | Verursacht durch externen Strom (z. B. Streuströme). | Entsteht auf natürliche Weise durch ungleiche Metalle in Kontakt mit einem Elektrolyten (galvanische Korrosion). |
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