Elektrochemische Fahrten - "Inaktives" Zink

Zink gilt als aktives Metall. Das negative Standardpotential deutet darauf hin, dass es heftig mit Säuren reagiert und Wasserstoff aus ihnen verdrängt. Darüber hinaus reagiert es als amphoteres Metall auch mit Basen zu den entsprechenden Komplexsalzen. Reines Zink ist jedoch sehr beständig gegen Säuren und Laugen. Der Grund ist das große Repotential der Wasserstoffentwicklung an der Oberfläche dieses Metalls. Zinkverunreinigungen fördern die Bildung galvanischer Mikrozellen und damit deren Auflösung.

Für den ersten Test benötigen Sie: Salzsäure HCl, Zinkblech und Kupferdraht (Foto 1). Wir stellen die Platte in eine mit verdünnter Salzsäure gefüllte Petrischale (Foto 2) und legen Kupferdraht darauf (Foto 3), den HCl offensichtlich nicht angreift. Auf der Kupferoberfläche wird nach einiger Zeit intensiv Wasserstoff freigesetzt (Fotos 4 und 5), auf Zink sind nur noch wenige Gasbläschen zu beobachten. Grund ist die oben erwähnte Überspannung der Wasserstoffentwicklung auf Zink, die viel größer ist als auf Kupfer. Die kombinierten Metalle erreichen das gleiche Potential gegenüber der Säurelösung, aber Wasserstoff wird leichter auf dem Metall mit einer niedrigeren Überspannung - Kupfer - abgeschieden. In der gebildeten galvanischen Zelle mit kurzgeschlossenen Zn-Cu-Elektroden ist Zink die Anode:

(-) Anforderungen: Zn⁰ → Zink²⁺ + 2e^-

und Wasserstoff wird an einer Kupferkathode reduziert:

(+) Katoda: 2h⁺ + 2e^- → h₂­

addieren wir beide Gleichungen der Elektrodenprozesse, erhalten wir eine Aufzeichnung der Reaktion der Zinkauflösung in Säure:

Zink + 2H⁺ → Zink²⁺ + H₂­

Im nächsten Test verwenden wir eine Natronlauge, eine Zinkplatte und einen Stahlnagel (Foto 6). Wie im vorherigen Versuch wird eine Zinkplatte in einer Petrischale in eine verdünnte NaOH-Lösung gelegt und ein Nagel darauf gesetzt (Eisen ist kein amphoteres Metall und reagiert nicht mit Alkalien). Der Effekt des Experiments ist ähnlich: Auf der Nageloberfläche wird Wasserstoff freigesetzt, und die Zinkplatte wird nur von wenigen Gasbläschen bedeckt (Fotos 7 und 8). Der Grund für dieses Verhalten des Zn-Fe-Systems ist auch die Überspannung der Wasserstoffentwicklung auf Zink, die viel größer ist als auf Eisen. Auch in diesem Experiment ist Zink die Anode:

(-) Anforderungen: Zn⁰ → Zink²⁺ + 2e^-

und an der Eisenkathode wird Wasser reduziert:

(+) Katoda: 2h₂O + 2e^- → h₂+ 2EIN^-

Addiert man die beiden seitlichen Gleichungen und berücksichtigt das alkalische Reaktionsmedium, so erhält man eine prinzipielle Aufzeichnung des Zinkauflösungsprozesses (es entstehen Tetrahydroxyincid-Anionen):

Zink + 2OH^- + 2H₂O → [Zn(OH)₄]^2- + H₂