Techniklexikon

Elektrolyt

Jeder Stoff, der im flüssigen (geschmolzenen) oder gelösten Zustand elektrischen Strom leiten kann, weil er mehr oder weniger in seine Ionen zerfallen (dissoziiert) ist (Elektrolyse). In der Fahrzeugtechnik: Ein Stoff, der teilweise in Ionen dissoziiert ist und durch lonentransport den Strom leitet. Batteriesäure. Chemie, Physikalische ChemieElektrodynamik und Elektrotechnik, Ionenleiter, ein flüssiger oder fester Stoff mit Ionenleitfähigkeit. Bis auf wenige Ausnahmen (Festelektrolyte) sind Elektrolyte entweder geschmolzene oder in einer Flüssigkeit gelöste heteropolare Verbindungen, chemisch gesehen handelt es sich um Salze, Säuren oder Basen. Die Zersetzung bzw. Abscheidung, die ein Stromdurchgang im Elektrolyten bewirkt, heisst Elektrolyse. Der sich in der Nähe der Elektroden befindende Elektrolyt wird auch Anolyt bzw. Katolyt genannt.Geschmolzene Elektrolyte sind ganz oder überwiegend aus beweglichen Kationen und Anionen aufgebaut. Sie unterscheiden sich durch die interionischen Wechselwirkungen stark von anderen Flüssigkeiten. Die starken Coulomb-Kräfte bewirken eine Nahordnung, die zu statistisch verteilten kurzlebigen Ionengruppierungen führt. Diese Assoziate beeinflussen wesentlich das chemische und physikalische Verhalten. Die Leitfähigkeit von Elektrolytschmelzen liegt um einige Grössenordnungen über der von Elektrolytlösungen (elektrolytische Leitfähigkeit). In ihnen lösen sich alle Arten von Stoffen, selbst Edelgase und Metalle.

In meist wässrigen Elektrolytlösungen dissoziieren die Elektrolyte mehr oder weniger vollständig in Ionen (elektrolytische Dissoziation). Sie liegen in hydratisierter Form vor, sind also von einer Hülle aus Wasser-Dipolen umgeben. Je nach Dissoziierungsgrad a wird zwischen starken (a » 1) und schwachen (a  1) Elektrolyten unterschieden. Ein starker Elektrolyt ist in Lösung vollständig dissoziiert, d.h. er besitzt eine grosse Dissoziationskonstante K_c (z.B. Salze, starke Säuren). Die Abhängigkeit der molaren Leitfähigkeit von der Konzentration c des zugesetzten Elektrolyten wird beschrieben durch die Gleichung

.

Dies ist Kohlrauschs Quadratwurzelgesetz. Der Koeffizient K hängt von der Stöchiometrie des Elektrolyten ab.  ist die molare Grenzleitfähigkeit bei unendlicher Verdünnung. Sie besteht aus der Summe von molaren Grenzleitfähigkeiten (l₊, l_-) der einzelnen Ionen und ergibt so das Gesetz der unabhängigen Ionenwanderung:

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Hierbei sind n die Zahlen der einzelnen Ionen pro Formeleinheit des Elektrolyten.

Ein schwacher Elektrolyt ist in Lösung nicht vollständig dissoziiert, d.h. er besitzt eine kleine Dissoziationskonstante K_c (z.B. schwache Säuren und Basen wie Essigsäure und Ammoniak). Die molare Leitfähigkeit, die von der Zahl der Ionen abhängt, ist proportional zum Dissoziationsgrad a - dem Bruchteil der Moleküle, der in Ionen dissoziiert ist - des zugesetzten Elektrolyten:

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, die molare Grenzleitfähigkeit des Elektrolyten bei unendlicher Verdünnung, lässt sich mit Hilfe des Ostwaldschen Verdünnungsgesetzes experimentell bestimmen.

Ein Lösungsmittel kann auch selbst dissoziieren, selbst mehrfach destilliertes Wasser ist ein, wenngleich äusserst schwacher, Elektrolyt (a » 10^-9). Hochkonzentrierte Elektrolytlösungen können auch als geschmolzene Salze betrachtet werden, in denen ein geringer Anteil an Wasser gelöst ist. Die Struktur des »gelösten« Wassers ist nicht identisch mit normalem Wasser, es hat z.B. eine deutlich niedrigere Dielektrizitätskonstante. In hochkonzentrierten Säuren liegen in grossen Anteilen undissoziierte Moleküle vor, oder es treten neue Ionenarten auf, wie in Salpetersäure bei c>99,6 %: . [AFM, MD]