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Elektrolyt: Ionenleitung einfach erklärt
Ein Elektrolyt ist ein Stoff oder chemisches System, in dem bewegliche Ionen elektrische Ladung transportieren. Das geschieht zum Beispiel in einer Salzlösung oder Salzschmelze. In einem Metall übernehmen dagegen Elektronen den Ladungstransport.
Auf dieser Seite lernst du, wann Ionen beweglich sind, wie du Elektrolytarten unterscheidest und wie die Ionen im elektrischen Feld wandern.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Warum leitet eine Salzlösung Strom?
Damit elektrischer Strom fließt, müssen sich geladene Teilchen gerichtet bewegen können. In einem Elektrolyten sind diese Ladungsträger Ionen: positiv geladene Kationen und negativ geladene Anionen.
Elektrolyt
Ein Elektrolyt enthält oder bildet bewegliche Ionen. Legst du eine Spannung an, transportieren diese Ionen Ladung. Weil dabei neben Ladung auch Stoff bewegt wird und an Elektroden chemische Reaktionen auftreten können, heißt diese Leitung auch Ionenleitung oder Leitung 2. Ordnung.
Natriumchlorid besteht schon im festen Kristall aus Natrium- und Chloridionen. Im Ionengitter sitzen sie jedoch an festen Plätzen. Deshalb leitet ein gewöhnlicher Kochsalzkristall nicht. Beim Schmelzen werden die Ionen beweglich. Beim Lösen in Wasser werden sie aus dem Gitter getrennt und von Wassermolekülen umgeben; man nennt sie dann hydratisiert.
$$\mathrm{NaCl(s) \rightarrow Na^+(aq) + Cl^-(aq)}$$
Die Angabe „aq“ bedeutet: Das Ion ist in Wasser gelöst.
Drei Zustände desselben Stoffes: Festes Natriumchlorid enthält Ionen, aber sie sind nicht frei beweglich. Geschmolzenes Natriumchlorid und eine Natriumchloridlösung besitzen bewegliche Ionen und können deshalb Strom leiten.
Wie lassen sich Elektrolyte einteilen?
Zwei Einteilungen beantworten verschiedene Fragen. Echt oder potenziell beschreibt, wann die Ionen entstehen. Stark oder schwach beschreibt, wie weit die Ionenbildung im jeweiligen Lösungsmittel abläuft.
Echter und potenzieller Elektrolyt
Bei einem echten Elektrolyten sind die Ionen bereits im Stoff vorhanden. Natriumchlorid ist ein Beispiel. Ein potenzieller Elektrolyt bildet seine Ionen erst durch eine Reaktion mit dem Lösungsmittel. Chlorwasserstoff bildet in Wasser Hydronium- und Chloridionen.
$$\mathrm{HCl + H_2O \rightarrow H_3O^+ + Cl^-}$$
Starker und schwacher Elektrolyt
Ein starker Elektrolyt liegt im betrachteten Lösungsmittel nahezu vollständig als Ionen vor. Ein schwacher Elektrolyt bildet nur teilweise Ionen; daneben bleiben ungeladene Teilchen erhalten.
Bei Essigsäure stellt sich in Wasser ein Gleichgewicht ein:
$$\mathrm{CH_3COOH + H_2O \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_3O^+}$$
Der Doppelpfeil zeigt: Hin- und Rückreaktion laufen ab. Ein erheblicher Teil der Essigsäuremoleküle bleibt undissoziiert. Essigsäure ist deshalb ein schwacher Elektrolyt.
„Echt“ bedeutet nicht automatisch „stark“. Die beiden Begriffspaare beschreiben unterschiedliche Eigenschaften.
Wohin wandern die Ionen?
Eine angelegte Spannung erzeugt zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld. Darin wandern die Ionen in entgegengesetzte Richtungen:
- Kationen wandern zur Kathode.
- Anionen wandern zur Anode.
In der Elektrolytlösung tragen also Ionen den Strom. Im äußeren metallischen Leiter bewegen sich Elektronen. An den Elektroden können Elektronen übertragen und Stoffe umgewandelt werden; die genaue Vorhersage der Produkte gehört zur Elektrolyse.
Trotz der getrennten Bewegung ist eine Elektrolytlösung insgesamt elektrisch neutral: Die positiven und negativen Ladungen gleichen sich aus. Für Natriumsulfat zeigt die Teilchenzahl den Ladungsausgleich:
$$\mathrm{Na_2SO_4 \rightarrow 2\,Na^+ + SO_4^{2-}}$$
Zwei Natriumionen tragen zusammen die Ladung $2\cdot(+1)=+2$. Ein Sulfation trägt $-2$. Die Summe ist null.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
In der Lösung transportieren die Ladung. Positive Ionen heißen und wandern zur . Negative Ionen wandern zur .
Was bestimmt die Leitfähigkeit?
Die Leitfähigkeit hängt nicht nur davon ab, ob ein Stoff „stark“ oder „schwach“ ist. Wichtig sind vor allem die Zahl der beweglichen Ionen und ihre Beweglichkeit.
- Ionensorte: Ladung, Größe und Hydrathülle beeinflussen die Bewegung.
- Konzentration: Mehr gelöste Ionen können die Leitfähigkeit zunächst erhöhen. Bei hohen Konzentrationen können stärkere Wechselwirkungen und Ionenassoziate die Beweglichkeit oder die Zahl frei leitender Teilchen verringern.
- Temperatur: In vielen Lösungen bewegen sich Ionen bei höherer Temperatur leichter, weil die Flüssigkeit weniger zäh ist. Diese Aussage gilt nur, solange sich das System nicht grundlegend verändert.
Stärke ist nicht Löslichkeit. Ein schwer lösliches Salz kann trotzdem als starker Elektrolyt gelten: Der kleine gelöste Anteil kann nahezu vollständig in Ionen vorliegen. Weil insgesamt nur wenige Ionen in Lösung sind, kann die Leitfähigkeit dennoch gering sein.
Wie erkennst du ein Elektrolytsystem?
Gehe in drei Schritten vor:
- Suche geladene Teilchen. Sind Ionen vorhanden oder können sie durch eine Lösungsmittelreaktion entstehen?
- Prüfe ihre Beweglichkeit. Sind sie in einer Lösung, Schmelze oder einem geeigneten Festelektrolyten beweglich?
- Trenne die Begriffe. Frage erst nach echt oder potenziell und danach nach stark oder schwach.
Zuckerwasser und Salzwasser: Zucker löst sich als neutrale Moleküle. Es entstehen keine frei beweglichen Ionen; die Lösung ist daher kein Elektrolyt. Natriumchlorid trennt sich beim Lösen in bewegliche Natrium- und Chloridionen. Seine Lösung ist ein Elektrolytsystem.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Elektrolyt
- braucht bewegliche Ionen
- leitet in Lösung, Schmelze oder geeignetem Feststoff
- kann echt oder potenziell sein
- kann stark oder schwach sein
- bewegt Kationen zur Kathode
- bewegt Anionen zur Anode
- bleibt insgesamt elektrisch neutral