Elektrochemisches Äquivalent

Das elektrochemische Äquivalent Ä_e ist eine in der Galvanotechnik wichtige Größe. Es gibt an, wie viel Gramm eines Stoffes bei der Elektrolyse an einer Elektrode durch eine elektrische Ladung von einem Coulomb (bzw. von einer Ampere sekunde) abgeschieden werden:

{\ddot {A}}_{e}={\frac {M}{z\cdot F}}

mit

der Molaren Masse M
dem Betrag der Änderung der Wertigkeit bzw. der Oxidationszahl z des Stoffes (vgl. Äquivalentzahl)
der Faraday-Konstante F.

Hintergrund

Nach dem Ersten Faradayschen Gesetz in seiner ursprünglichen Fassung ist die Masse eines bei einer Elektrolyse abgeschiedenen Stoffes proportional zur geflossenen elektrischen Ladung. Das elektrochemische Äquivalent ist der Proportionalitätsfaktor zwischen Ladung Q und abgeschiedener Masse m:

{\begin{aligned}m&={\ddot {A}}_{e}\cdot Q={\frac {M\cdot (I\cdot t)}{z\cdot F}}\\\Leftrightarrow {\ddot {A}}_{e}&={\frac {m}{Q}}\end{aligned}}

Diese Formel ergibt sich aus dem Zweiten Faradayschen Gesetz, nach dem die Masse des umgesetzten Stoffes auch zu seiner Molmasse proportional ist.

Pro einfache Ladung (z = 1) eines Mols sind 96.485,336 As/mol (Faraday-Konstante) zur Reduktion bzw. Oxidation erforderlich.

Tatsächlich wird aufgrund von Nebenreaktionen zur Abscheidung einer bestimmten Masse oft eine größere Ladung benötigt, als mit Hilfe des elektrochemischen Äquivalents berechnet:

Q\geq {\frac {m}{{\ddot {A}}_{e}}}

dies wird über die Stromausbeute berücksichtigt.

Wertetabelle

Die SI-Einheit des elektrochemischen Äquivalents ist g/C bzw. g/As. In der Galvanotechnik werden Ladungen meist in Amperestunden (Ah) gemessen; daher ist für Ä_e auch die Einheit g/Ah gebräuchlich.

Ausgewählte Beispiele für berechnete elektrochemische Äquivalente Ä_e
Element	OZ	Sb.	Molmasse [g/mol]	$z$ Betrag der Wertigkeits-Änderung	${\frac {1}{z\cdot F}}$ [µmol/As]	Ä_e [mg/As]	Ä_e [g/Ah]	Typ	Anwendungsbeispiele, Bemerkungen
Aluminium	13	Al	26,98154	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,09321	0,33557	M	Aluminium-Herstellung
Antimon	51	Sb	121,76	3 (−3 ↔ 0 bzw. 3 ↔ 0)	3,45476	0,42065	1,51434	SG
Antimon	51	Sb	121,76	5 (5 ↔ 0)	2,07285	0,25239	0,90861	SG
Antimon	51	Sb	121,76	2 (5 ↔ 3)	5,18213	0,63098	2,27152	SG
Barium	56	Ba	137,327	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,71165	2,56193	EAM
Beryllium	4	Be	9,01218	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,04670	0,16813	EAM
Bismut	83	Bi	208,9804	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,72198	2,59912	SG
Blei	82	Pb	207,2	4 (4 ↔ 0)	2,59107	0,53687	1,9327	M
Blei	82	Pb	207,2	2 (4 ↔ 2 bzw. 2 ↔ 0)	5,18213	1,0737	3,8655	M	Blei-Akku
Brom	35	Br	79,904	1 (−1 ↔ 0 )	10,3643	0,82815	2,98133	H
Cadmium	48	Cd	112,414	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,58254	2,09716	M
Caesium	55	Cs	132,90545	1 (1 ↔ 0)	10,3643	1,37747	4,95888	AM
Calcium	20	Ca	40,078	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,20769	0,74768	EAM
Chlor	17	Cl	35,45	1 (−1 ↔ 0 )	10,3643	0,3674	1,3227	H	Chlor-Alkali-Elektrolyse
Chrom	24	Cr	51,9961	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,17963	0,64668	M	Verchromen
Chrom	24	Cr	51,9961	6 (6 ↔ 0)	1,72738	0,08982	0,32334	M	Verchromen
Cobalt	27	Co	58,93319	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,30540	1,09944	M
Eisen	26	Fe	55,845	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,28940	1,04183	M	Eisenbeschichtung
Eisen	26	Fe	55,845	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,19293	0,69455	M
Eisen	26	Fe	55,845	1 (3 ↔ 2)	10,3643	0,57879	2,08365	M
Fluor	9	F	18,9984	1 (−1 ↔ 0)	10,3643	0,19690	0,70886	H	Fluor-Herstellung
Gold	79	Au	196,96657	1	10,3643	2,04141	7,34909	M	Au(I) nur in Komplexen beständig
Gold	79	Au	196,96657	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,68047	2,4497	M
Iod	53	I	126,90447	1 (−1 ↔ 0 )	10,3643	1,31527	4,73498	H
Kalium	19	K	39,0983	1 (1 ↔ 0 )	10,3643	0,40523	1,45881	AM
Kupfer	29	Cu	63,546	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,32930	1,18549	M	Elektrolytische Kupferraffination
Kupfer	29	Cu	63,546	1 (1 ↔ 0 )	10,3643	0,65861	2,37099	M
Lithium	3	Li	6,94	1 (1 ↔ 0)	10,3643	0,0719	0,2589	AM	Lithium-Herstellung
Magnesium	12	Mg	24,305	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,12595	0,45343	EAM	Magnesium-Herstellung
Mangan	25	Mn	54,93804	7 (7 ↔ 0)	1,48061	0,08134	0,29283	M
Mangan	25	Mn	54,93804	2	5,18213	0,28470	1,02491	M
Mangan	25	Mn	54,93804	1 (4 ↔ 3 bzw. 3 ↔ 2)	10,3643	0,56939	2,04981	M	Zink-Mangan-Zellen
Mangan	25	Mn	54,93804	3	3,45476	0,18980	0,68327	M
Natrium	11	Na	22,98977	1 (1 ↔ 0)	10,3643	0,23827	0,85778	AM	Natrium-Herstellung
Nickel	28	Ni	58,6934	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,30416	1,09497	M	galvanisches Vernickeln
Niob	41	Nb	92,90637	5	2,07285	0,19258	0,69329	M
Palladium	46	Pd	106,42	2 (2 ↔ 0)	5,18213	0,55148	1,98534	M
Platin	78	Pt	195,084	4 (4 ↔ 0)	2,59107	0,50548	1,81971	M
Platin	78	Pt	195,084	2 (4 ↔ 2 bzw. 2 ↔ 0)	5,18213	1,01095	3,63943	M
Quecksilber	80	Hg	200,592	2	5,18213	1,03949	3,74218	M
Quecksilber	80	Hg	200,592	1	10,3643	2,07899	7,48436	M
Rhodium	45	Rh	102,90549	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,35551	1,27985	M
Rubidium	37	Rb	85,4678	1 (1 ↔ 0)	10,3643	0,88581	3,18892	AM
Sauerstoff	8	O	15,9994	2 (−2 ↔ 0)	5,18213	0,08291	0,29848	Ch	Wasserelektrolyse
Schwefel	16	S	32,06	2 (−2 ↔ 0 )	5,18213	0,1661	0,5981	Ch
Selen	34	Se	78,971	2 (−2 ↔ 0 )	5,18213	0,40924	1,47326	Ch
Silber	47	Ag	107,8682	1 (1 ↔ 0 )	10,3643	1,11798	4,02471	M
Strontium	38	Sr	87,62	2 (2 ↔ 0 )	5,18213	0,4541	1,6346	EAM
Tantal	73	Ta	180,94788	5 (5 ↔ 0)	2,07285	0,37508	1,35028	M
Thallium	81	Tl	204,382	3 (3 ↔ 0)	3,45476	0,70609	2,54192	M
Thallium	81	Tl	204,382	1 (1 ↔ 0)	10,3643	2,11827	7,62577	M
Titan	22	Ti	47,867	4 (4 ↔ 0)	2,59107	0,12403	0,44650	M
Vanadium	23	V	50,9415	5 (5 ↔ 0)	2,07285	0,10559	0,38014	M
Wasserstoff	1	H	1,0074	1	10,3643	0,01044	0,03759	Hy	Wasserelektrolyse
Wolfram	74	W	183,84	4 (4 ↔ 0)	2,59107	0,47634	1,71483	M
Zink	30	Zn	65,38	2	5,18213	0,3388	1,2197	M	galvanische Verzinkung
Zinn	50	Sn	118,71	2 (4 ↔ 2 bzw. 2 ↔ 0)	5,18213	0,61517	2,21462	M	galvanische Verzinnung
Zinn	50	Sn	118,71	4 (4 ↔ 0)	2,59107	0,30759	1,10731	M
Zirconium	40	Zr	91,224	4 (4 ↔ 0)	2,59107	0,23637	0,85092	M

Literatur

Werner John, Bernhard Gaida, Technische Mathematik für die Galvanotechnik, 9. Auflage 2007, Eugen G. Leuze Verlag, Bad Saulgau, ISBN 978-3-87480-230-7