Elektrochemische Reihe

Elektrochemische Reihe, Anordnung der chemischen Elemente nach der Größe ihres Normalpotentials. Taucht man einen Zinkstab in eine Kupfersulfatlösung, scheidet sich Kupfer auf dem Zinkstab ab. Es findet eine Redoxreaktion statt, bei der das edlere Metall Kupfer durch die Aufnahme von Elektronen des unedleren Metalls Zink reduziert und dadurch aus seiner Lösung als elementares Kupfer ausgeschieden wird. Das Zink wird dabei oxidiert und geht in Lösung. Generell gilt, dass unedle Metalle das Bestreben haben, Elektronen abzugeben und sich in Ionen umzuwandeln, während edle Metalle Elektronen aufnehmen und dadurch in die elementare, gediegene Form (elementar) übergehen. Trennt man das Redoxpaar Zink und Kupfer in zwei Halbzellen und verbindet diese leitend miteinander (diese Anordnung nennt man galvanisches Element, siehe Batterie), lässt sich über ein Voltmeter ein Stromfluss feststellen, weil zwischen beiden Metallen eine Potentialdifferenz besteht. Um die elektrochemischen Potentiale der Elemente bestimmen und miteinander vergleichen zu können, wählte man als Bezugspunkt eine Platinelektrode, die von Wasserstoff mit einem Druck von 1 bar umspült wird, in eine Lösung mit der Konzentration 1 Mol pro Liter eintaucht und eine willkürlich festgelegte Spannung von 0,00 Volt besitzt (Normalwasserstoffelektrode). Jede Halbzelle, die Elektronen freisetzt, wenn sie mit der Normalwasserstoffelektrode kombiniert wird, erhält definitionsgemäß ein negatives Potential (z. B. Zink). Dagegen hat eine Halbzelle, die Elektronen aufnimmt, ein positives Potential (z. B. Kupfer). Diese bei Standardbedingungen (25 °C; 1 Mol pro Liter) ermittelten Redoxpotentiale bezeichnet man als Normalpotentiale.

In der elektrochemischen Spannungsreihe werden die Elemente entsprechend ihrem Normalpotential von links nach rechts ansteigend angeordnet. Je weiter links ein Element steht, desto leichter gibt es Elektronen ab und wirkt als Reduktionsmittel; je weiter rechts es steht, desto besser ist es als Oxidationsmittel geeignet. Die Spannungsreihe der Metalle in saurer Lösung lautet beispielsweise: Lithium, Kalium, Calcium, Natrium, Magnesium, Beryllium, Aluminium, Mangan, Zink, Chrom, Gallium, Eisen, Cadmium, Cobalt, Nickel, Zinn, Blei, Wasserstoff, Kupfer, Silber, Quecksilber, Palladium, Platin, Gold. In basischer Lösung verschieben sich die Potentiale derjenigen Metalle, die u. a. schwer lösliche Hydroxide bilden. Auch für Nicht- oder Halbmetalle lassen sich in ähnlicher Weise Spannungsreihen aufstellen.