Elektrochemie

Eine Batterie lässt elektrischen Strom durch ein Kabel fließen. Was enthält die Batterie bloß, das dies möglich macht? Elektrischer Strom, das sind Elektronen auf dem Weg von einem Ort zum anderen. Elektronen sind in jedem Atom und meistens bleiben sie auch an einer Stelle. Was bringt Elektronen dazu, sich von einem Ort zum anderen zu bewegen?

Es muss mit der Tatsache zusammenhängen, dass verschiedene Stoffe unterschiedlich stark an den Elektronen ziehen. Es gibt Stoffe, die gerne mal mehr Elektronen aufnehmen, es gibt aber auch Stoffe, die einige ihrer Elektronen lieber abgeben. Und genau das können wir ausnutzen. Hier ist ein Atom, das Elektronen abgeben will, und hier ist ein Atom, das Elektronen aufnehmen möchte. Lassen wir die Atome miteinander in Kontakt kommen, findet eine chemische Reaktion statt.

Elektronen fließen von einem der Stoffe zu dem anderen. Was passiert, wenn wir die Stoffe voneinander fern halten, sie aber mit einem Metalldraht – einem Stromleiter – verbinden? Der eine Stoff will immer noch Elektronen abgeben, und der andere will immer noch Elektronen aufnehmen. Das ist nur möglich, indem die Elektronen durch den Draht geschickt werden. Wir haben eine Batterie gebaut.

Wir haben eine chemische Reaktion genutzt, um Elektrizität zu erzeugen. Dieser Bereich der Chemie heißt Elektrochemie. Elektrizität mithilfe von chemischen Reaktionen herzustellen, das ist ein Teil der Elektrochemie. Der andere Teil macht genau das Gegenteil: Hier nutzen wir Elektrizität, um chemische Reaktionen auszulösen. Ein Beispiel dafür ist, wenn wir ein Metall haben, das auch andere Stoffe enthält, und wir daraus das Metall in seiner Reinform gewinnen wollen.

Metalle, die Teil von chemischen Verbindungen sind, haben Elektronen abgegeben, sie haben positive Ionen gebildet. Hier sind z. B. einige Aluminium-Ionen. Als sie eine Verbindung gebildet hatten, gaben sie jeweils drei Elektronen ab.

Wenn wir elementares Aluminium – also sein Reinmetall – wollen, dann muss jedes Atom wieder drei Elektronen zurücknehmen. Das Problem hierbei ist: Aluminium ist ein Stoff, bei dem es nicht wahrscheinlich ist, dass er Elektronen aufnimmt. Die Atome möchten lieber Ionen bleiben. Wir müssen den Atomen die Elektronen aufzwingen. Doch wie können wir das schaffen?

Mithilfe von Elektrizität! Indem wir einen Draht von einer Batterie oder einer anderen Stromquelle anschließen, drücken wir die Elektronen gegen die Aluminium-Ionen. Dann haben sie keine Wahl mehr und müssen Elektronen aufnehmen, und wir haben eine chemische Reaktion erzwungen, mithilfe von Elektrizität. Diese beiden Arten von Reaktionen sind gegensätzlich. Im ersten Beispiel wollen die Stoffe miteinander reagieren, indem sie Elektronen austauschen.

Wir lassen ihnen ihren Willen, aber nur, wenn die Elektronen einen Umweg durch das Kabel machen. In dem anderen Beispiel wollten die Ionen nicht reagieren. Aber wir zwingen sie dazu, indem wir Elektronen gegen sie schieben. Im ersten Fall wird Elektrizität durch eine chemische Reaktion erzeugt. Im zweiten Fall erzwingen wir eine chemische Reaktion, mithilfe von Elektrizität.

Beide Fälle sind Beispiele für Elektrochemie.