Metallgewinnung durch Elektrolyse

Schüler-Experiment: Elektrolyse einer Kupferbromid-Lösung

Eine Elektrolyse die Zerlegung eines Stoffes mit Hilfe von Strom.

VERSUCH: Führe die Elektrolyse von Kupferiodid durch. ....

Hier ein Zeitraffer-Video der Elektrolyse von Zinkbromid.

Was ist eigentlich elektrischer Strom und wie wirkt er sich aus?

Der Strom, den man zur Elektrolyse verwendet, ist hier von entscheidender Bedeutung. Nur wenn du weißt, was elektrischer Strom ist, kannst du die Vorgänge, die bei der Elektrolyse passieren, verstehen. Normalerweise ist das Fach Physik der eigentlich "Ansprechpartner" in Sachen Strom. Aber dies wird erst in der Physik in Klasse 10 behandelt und so arbeiten wir ein wenig vor!

Aufgabe XX Was ist elektrischer Strom? Schau die die folgende Animation an, bei der du einen einfachen und kleinen Stromkreislauf hast. Überlege zuerst einmal, was auf dem Bild alles zu sehen ist und beschrifte diese auf diesem Arbeitsblatt.

Aufgabe XX Nun ein paar Fragen: Klappe den folgenden Bereich auf und kreuze die Antwort an, die deiner Meinung nach am besten als Antwort passen. anzeigen verstecken ACHTUNG! Es könnten auch mehrere Antworten richtig sein. Was bewirkt das Leuchten der Lampe? (!Die Bewegung des Schalters) (Die Bewegung der Elektronen) (!Die Bewegung von Atomen) Die Elektronen bewegen sich ja in einer Art grauen Schlauch. Was ist das? (Ein Leiter für elektrischen Strom) (!Ein Rohr in dem Elektronen fließen können) (Ein Metallkabel) Warum bewegen sich aber eigentlich die Elektronen durch die Leitung? (!Weil Elektronen immer in Bewegung sind) (Weil die Batterie sie antreibt) (!Weil sie auf der Flucht vor den Atomen sind) Woher kommen denn diese Elektronen? (Elektronen sind in jedem Atom vorhanden, also auch in einem Metallkabel) (!Elektrischer Strom überflutet das Kabel mit Elektronen) (!Die Batterie ist ein Elektronendonator = es gibt Elektronen heraus) Wir hatten uns ja schon über verschiedene Arten von Energie unterhalten. Damit die Lampe leuchtet braucht es Energie, die vom Strom geliefert wird. Man könnte sagen, elektrischer Strom hat Energie, weil ... (die Elektronen sich bewegen = kinetische Energie) (!weil die Elektronen heiß sind = thermische Energie) (!weil die Elektronen chemische Energie enthalten) (!weil die Elektronen einen Lageenergie haben = potentielle Energie)

Eigenschaften von Ionen

Aufgabe XX Als kleine Wiederholung ... im versteckten Bild sieht man zwei verschiedene Arten von Stoffe. Stelle Vermutung über die Eigenschaften der Stoffe an. anzeigen verstecken Die kleine Kügelchen sind in beiden Fällen, die schon bekannten, aus der vorherigen Simulation! Was waren sie nämlich?

Aufgabe XX Bestimme zu den Ionen aus dem Mineralwasser und ein paar weiteren Ionen jeweils die Anzahl der Protonen und Elektronen. Nutze dazu auch die Fachbegriffe wie Ordnungszahl, Elektronen, Elementarteilchen, usw. Warum wird eigentlich nur die Anzahl der Elektronen verändert? Download des Arbeitsblattes.

Übungen zur Elektrolyse

Aufgabe XX Aufstellen von Reaktionsgleichungen: Schreibe für die folgenden Elektrolyse-Vorgänge die Reaktionsgleichung auf. Denke an die Reihenfolge: 1.) das Reaktionsschema aufschreiben und dann erst 2.) in Symbolschreibweise übertragen. ...

Aufgabe XX Wieviel kg Kupfer kann man aus XX t ??? (irgend einen systematischen Namen nennen) gewinnen. Wieviel kg Eisen kann man aus ... Wieviel kg Aluminium kann man aus ... Wieviel Kupfer kann laut dem Wikipedia-Artikel (Zitat unten) noch aus dem neuen Abschnitt der Kupfermine in  Chuquicamata  gewonnen werden? Ein intensives Erkundungsprogramm hat weitere Ressourcen in Höhe von 2,3 Milliarden Tonnen Erz mit einem Kupfergehalt von 0,81 Gew.% bis zu einer Teufe von 1.800 m unterhalb des Tagebaus nachgewiesen. Chuquicamata#F.C3.B6rderung, Wikipedia – Die freie Enzyklopädie, 11.1.2014 - Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar; zusätzliche Bedingungen können anwendbar sein. Siehe die Nutzungsbedingungen für Einzelheiten. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Mineralien bestehen aus Ionen

Das erste Mal haben wir Ionen auf dem Etikett von Mineralwasser gesehen. Wie kommen eigentlich die Ionen ins Mineralwasser?

Bei Mineralwasser handelt es sich ja um eine Art Grundwasser, das natürlich auch mit Gestein in Kontakt gekommen ist. Da auch Gesteine nichts anderes sind als Vermischungen von Mineralien (= Salze bzw. salzartige Verbindungen), stammen die Ionen also aus den Salzen, die sich im Wasser gelöst haben. Hier mal einige (einfache) Salze. Die Namen sollten euch bekannt sein:

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  Korund
  = Dialuminiumtrioxid
  = Al₂O₃

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  Steinsalz
  = Natriumchlorid
  = NaCl

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  Pyrit
  = Eisendisulfid
  =FeS₂

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  Magnetit
  = Trieisentetraoxid
  = Fe₃O₄

Auch sogenannte Gesteinsarten, die nicht so hübsch aussehen, enthalten Mineralien, nur eben vermischt.

Als Gestein bezeichnet man eine feste, natürlich auftretende, in der Regel mikroskopisch heterogene Vereinigung von Mineralen, Gesteinsbruchstücken, Gläsern oder Rückständen von Organismen. Gestein, Wikipedia – Die freie Enzyklopädie, 3.4.2014 - Der Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar; zusätzliche Bedingungen können anwendbar sein. Siehe die Nutzungsbedingungen für Einzelheiten. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Hier zwei Beispiele:

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  Granit ist ein bekanntes Gestein, bei dem man gut erkennen kann, das aus den Mineralien ...

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  Feldspat,

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  Quarz,

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  und Glimmer (hier der schwarze Glimmer "Biotit") besteht.

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  Marmor ist sicher auch gut bekannt, nur sieht man da nicht so gut, das es aus ...

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  Calcit,

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  Dolomit

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  oder Aragonit besteht.

Die Formeln dieser Verbindungen sind teilweise ziemlich kompliziert und lassen sich nicht nach unseren Regeln benennen!

Allerdings sind nicht alle Verbindungen, die ihr schon kennengelernt habt, Salze. So sind Wasser und Zucker keine Verbindungen, die Ionen enthalten . Man sollte sich merken:

Salze bzw. salzartige Verbindungen enthalten fast immer Ionen von Metallen und Nichtmetallen, wobei es Metall-Kationen und Nichtmetall-Anionen sind.

Neben Ionen aus einzelnen Atomen gibt es auch Ionen, die aus mehreren Atomen zusammen gesetzt sind, wie auf dem Mineralwasseretikett das Sulfat- (SO₄^2-) oder das Hydrogencarbonat-Ion (HCO₃^-).

Es gibt auch das Ammonium-Ion NH₄⁺, dass statt eines Metall-Ions enthalten sein kann.

Die Tatsache, dass man den Verbindungen aus Ionen einen gemeinsamen Namen, also Salze, gegeben hat, kommt nicht nur von den Ionen. Sie haben auch viele gemeinsame Eigenschaften:

• Salzartige Verbindungen bilden fast immer Kristalle mit scharfen Kanten und glatten Flächen. Das sieht man bei den Bildern oben.
• Sie haben meist sehr hohe Schmelz- und Siedetemperaturen. z.B. Kochsalz Smt.: 804°C Sdt.: 1465°C
• Sie sind spröde, d.h. beim Versuch sie zu Verformen zerbrechen sie.
• Sie sind meist gut im Wasser löslich.
• Salzlösungen leiten den Strom, ebenso Salzschmelzen. Das feste Salz dagegen leitet nicht den Strom und ist ein Isolator.

Im Buch zu lesen: Zum Thema Eigenschaften von Salzen findest du in unserem Buch Informationen auf 202 und 203.

Aufgabe XX Lies im Buch die Seiten 202 und 203 durch und finde Erklärungen, wie sich die Eigenschaften von salzartigen Verbindungen mit Hilfe der vorhandenen Ionen erklären lassen.