Während einer Elektrolyse werden die Elektronen von der Kathode an H+- Ionen gebunden.
Sie fließen nicht als freie Elektronen im Wasser herum.
Jetzt, da wir das „P“ in „ORP“ verstehen, sollten wir auch das „O“, das sich auf „Oxidation“ bezieht, und das „R“, das sich auf „Reduktion“ bezieht, diskutieren. Oxidations- und Reduktionsreaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Elektronen zwischen zwei verschiedenen Spezies (Ionen, Atomen oder Molekülen) übertragen werden, wobei eine Spezies Elektronen aufnimmt (Elektronenmangel) und eine andere Elektronen spendet (Überschuss an Elektronen). Chemiker nennen diese Reaktionen „Redox“-Reaktionen.
Oxidations- und Reduktionsreaktionen treten immer zusammen auf; wenn eine Spezies Elektronen verliert, muss eine andere diese Elektronen gewinnen. Die Spezies, die Elektronen verliert, wird oxidiert und die Spezies, die Elektronen gewinnt, wird reduziert. Eine einfache Möglichkeit sich Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme) in Bezug auf Elektronen zu merken, ist die Eselsbrücke „OIL-RIG“ (engl. „Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain“, übersetzt: „Oxidation ist Verlust, Reduktion ist Gewinn“).
Da Elektronenkonfigurationen die chemischen Eigenschaften einer Substanz bestimmen, führt die Übertragung von Elektronen zur Veränderung der Elektronen-konfigurationen der Reaktionsbeteiligten. So entstehen Produkte, welche andere chemische Eigenschaften aufweisen als die Ausgangssubstanz.
Die Reaktionen, welche während der Elektrolyse von Wasser H2 und O2-Gas erzeugen, sind Beispiele für Oxidations- und Reduktionsreaktionen, die gleichzeitig an der in das Wasser eingetauchten Anode und Kathode auftreten. Während der Elektrolyse liefert die Kathode Elektronen, die Wasserstoffionen2 zu Wasserstoffmolekülen reduzieren. Equation 1 beschreibt die Erzeugung von H2-Gas an der negativen Kathode.
Die Reaktionsteilnehmer, Wasserstoffionen (H+) und Elektronen (e-, welche von der Kathode geliefert werden), stehen auf der linken Seite der Gleichung.
Auf der rechten Seite steht nur ein Produkt, molekulares Wasserstoffgas (H2).
Zwei Wasserstoffionen (2H+) unterliegen einer Reduktion, da sie Elektronen (2e-) von der Kathode aufnehmen und daraus zwei Wasserstoffatome (2H+) bilden, welche sich dann zu einem Wasserstoffmolekül „paaren“ (H2).
Figure 3 zeigt eine bildliche Darstellungder Reduktionsreaktion dieser Gleichung:
Beachten Sie, dass vor der Reaktion die beiden H+- Ionen ohne Elektronen sind (nur Protonen). Das Endprodukt ist das H2-Molekül, welches sich zwei Elektronen teilt. Weil Elektronen geladene Teilchen sind, führt diese Differenz an Elektronen zu einem Energiepotential zwischen den beiden Arten.
Wenn sie in Wasser gelöst sind, stellen diese beiden Teile das Arbeitspotential des Wassers dar und erzeugen, genau wie die Batterie in Figure 2 ein entsprechendes Spannungspotential (ORP) an der Oberfläche der Platinelektrode des Messgeräts. Jede Änderung der Konzentration 3 einer der beiden Arten führt zu einer Änderung des Spannungs-potentials, welches an der ORP-Elektrode erzeugt wird.
Bevor wir das Thema der Oxidation und Reduktion verlassen, erinnern wir uns noch an das Erwähnte an, dass jede Reduktionsreaktion von einer simultanen Oxidationsreaktion begleitet werden muss. Equation 2 zeigt die begleitende Oxidationsreaktion während der Elektrolyse an der positiven Anode, wo Hydroxidionen (OH-) oxidiert werden, um Sauerstoffgas (O2), Wasser (H2O) und Elektronen zu produzieren.
Diese Elektronen werden zur der Anode zurückgeführt, die mit dem positiven Anschluss der Stromversorgung verbunden ist.
Da die an der Anode und der Kathode erzeugten Wässer normalerweise mit einer Membran voneinander isoliert sind, sodass sie sich nicht vermischen können, misst man im Wasser aus dem Sekundärschlauch (unterer Sauerwasserschlauch) ein positives ORP.
Der Grund hierfür ist, dass dieses Wasser anstelle des H+/H2 -Redoxpaares ein anderes Redoxpaar (normalerweise eine Sauerstoffspezies) enthält, welches ein positives Reduktionspotential hat.
Andere Arten von Vorrichtungen, wie die Braungasgeneratoren, die keine Membran verwenden, erzeugen ein Wasser, das sowohl gelösten Sauerstoff als auch Wasserstoffgas enthält. Dieses Wasser enthält daher sowohl oxidierende als auch reduzierende Redoxpaare bei einem pH-Wert nahe dem Neutralpunkt. Da sich unsere Diskussion über ORP auf die Reaktion an der Kathode konzentriert, die Wasserstoffgas erzeugt, werden wir keine Zeit damit verbringen, die Anodenreaktion im Detail zu untersuchen.
Auszug aus dem Buch von Randy Sharpe: “Der Zusammenhang zwischen gelöstem H2, pH-Wert und Redoxpotential”
