Metallabscheidung

Bei der Elektrolyse eines Elektrolyten, der verschiedene Metallionen enthält, werden zunächst die Metalle abgeschieden, die an einer höheren Stelle in der elektrochemischen Spannungsreihe – siehe auch Redoxreihe – stehen. Dabei müssen auch die Konzentrationsabhängigkeit des Abscheidepotentials von den Konzentrationen gemäß der Nernst-Gleichung und eventuelle Überspannungen beachtet werden.

Technische Elektrolysen werden oft mit hohen Stromstärken ausgeführt, weshalb Hochstromtransformatoren eingesetzt werden. Außerdem muss die Wechselspannung für die Elektrolyse in Gleichspannung umgewandelt werden.

Als Konkurrenzreaktion zur Metallabscheidung aus wässriger Lösung, etwa bei der Galvanik, kann auch die Bildung von Wasserstoff erfolgen. Dadurch wird der Strom- und Elektrolytverbrauch erhöht. Außerdem entsteht der elementare Wasserstoff meist in Form von Gasblasen, die die Metallabscheidung lokal blockieren können.

Die Wasserstoffentwicklung erfolgt durch die Reduktion von H⁺, welches in Säuren als H₃O⁺ gelöst ist:

${\displaystyle {\ce {2H+ + 2e^- -> H2}}}$

Die Konzentration der H₃O⁺-Ionen wird auch mit Hilfe des pH-Wertes angegeben. Wird in einer sauren Lösung gearbeitet, werden in erster Näherung keine Metalle abgeschieden, die unedler sind als Wasserstoff. Dann müssen aber zum einen Überspannungsbeträge (ue) und zum anderen der pH-Wert beachtet werden. Durch Einsetzen in die Nernst-Gleichung kommt man zu der Forderung, dass ein Metall X nur abgeschieden werden kann, wenn gilt:

${\displaystyle E_{\ce {{X^{n+}} \over X}}^{0}+{0{,}059\,\mathrm {V} \over n}\cdot \lg \;c_{X^{n+}}\geq -0{,}059\,\mathrm {V} \cdot \mathrm {pH} +ue_{\ce {H_{2}}}}$

Möchte man unedle Metalle abscheiden, muss daher manchmal im alkalischen Bereich gearbeitet werden, um diese Forderung zu erfüllen.