Elektrolyse: Zersetzung von Wasser

Dieses Modul behandelt die Elektrolyse von Wasser als klassisches Schlüsselexperiment der Schulchemie, das zeigt, wie sich mithilfe von elektrischem Strom eine chemische Reaktion erzwingen lässt, die von selbst nicht ablaufen würde. Bei der Elektrolyse wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, wobei an den beiden Elektroden — Anode und Kathode — jeweils unterschiedliche Prozesse ablaufen: An der Kathode wird Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff freigesetzt, im typischen Volumenverhältnis von 2:1. Die Aufgaben stellen den Zusammenhang zur Einheit über Redoxreaktionen her: Die Elektrolyse ist im Kern eine erzwungene Redoxreaktion, bei der elektrische Energie die sonst nicht freiwillig ablaufende Elektronenübertragung antreibt — an der Kathode findet eine Reduktion statt (Aufnahme von Elektronen zu Wasserstoff), an der Anode eine Oxidation (Abgabe von Elektronen, Bildung von Sauerstoff). Damit wird sichtbar, dass Elektrolyse und die freiwillig ablaufenden Redoxreaktionen aus der vorangegangenen Einheit letztlich auf demselben Prinzip beruhen, sich aber in der Energierichtung unterscheiden: Während bei einer Batterie chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, wird bei der Elektrolyse elektrische Energie eingesetzt, um eine chemische Reaktion zu erzwingen. Dieses Verständnis bildet eine wichtige Brücke zu elektrochemischen Themen, die in der Oberstufe vertieft werden, und rundet den in dieser Sammlung behandelten Themenkomplex Redoxchemie ab.

• Die Elektrolyse als Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrischen Strom beschreiben
• Anode und Kathode den jeweils dort ablaufenden Prozessen (Oxidation bzw. Reduktion) zuordnen
• Das Volumenverhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff bei der Elektrolyse von Wasser benennen
• Den Zusammenhang zwischen Elektrolyse und Redoxreaktionen erklären
• Elektrolyse und die Energieumwandlung in einer Batterie als gegensätzliche Prozesse einordnen

Was versteht man unter dem Begriff Elektrolyse im Zusammenhang mit der Zersetzung von Wasser? Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie eingesetzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen — an der Kathode entsteht Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff.