Τι είναι η ηλεκτρόλυση;

Η ηλεκτρόλυση είναι α μη αυθόρμητη χημική αντίδραση που περιλαμβάνει αντίδραση μείωσης της οξείδωσης, η οποία προκαλείται από ηλεκτρικό ρεύμα.

Για να πραγματοποιηθεί ηλεκτρόλυση, το ηλεκτρικό ρεύμα πρέπει να είναι συνεχές και να έχει επαρκή τάση.

Για τα ιόντα που εμπλέκονται να έχουν ελευθερία στην κίνηση που εκτελούν, η ηλεκτρόλυση μπορεί να συμβεί με σύντηξη (πυριτική ηλεκτρόλυση) ή με διάλυση (ηλεκτρόλυση σε διάλυμα).

Εφαρμογές Ηλεκτρόλυσης

Πολλά υλικά και χημικές ενώσεις παράγονται από τη διαδικασία ηλεκτρόλυσης, για παράδειγμα:

• αλουμίνιο και χαλκός
• υδρογόνο και χλώριο σε κύλινδρο
• κοσμήματα κοστουμιών (διαδικασία γαλβανισμού)
• χύτρα ταχύτητος
• τροχός μαγνησίου (καπάκια αυτοκινήτου).

Νόμοι της Ηλεκτρόλυσης

Οι νόμοι της ηλεκτρόλυσης αναπτύχθηκαν από τον Άγγλο φυσικό και χημικό Michael de Faraday (1791-1867). Και οι δύο νόμοι διέπουν τις ποσοτικές πτυχές της ηλεκτρόλυσης.

Ο πρώτος νόμος της ηλεκτρόλυσης έχει την ακόλουθη δήλωση:

“Η μάζα ενός στοιχείου, που εναποτίθεται κατά τη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από το ηλεκτρολυτικό στοιχείο

”.

Ε = i. τ

Οπου,

Ερ: ηλεκτρικό φορτίο (C)
Εγώ: ένταση ηλεκτρικού ρεύματος (A)
τ: χρονικό διάστημα διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος

Ο δεύτερος νόμος της ηλεκτρόλυσης έχει την ακόλουθη δήλωση:

“Οι μάζες διαφόρων στοιχείων, όταν εναποτίθενται κατά την ηλεκτρόλυση με την ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, είναι άμεσα ανάλογες με τα χημικά τους ισοδύναμα”.

Μ = Κ. ΚΑΙ

Οπου,

Μ: μάζα ουσίας
κ: σταθερά αναλογικότητας
ΚΑΙ: γραμμάριο ισοδύναμο της ουσίας

Μάθετε περισσότερα στο άρθρο: Η σταθερά του Faraday.

Ταξινόμηση

Η διαδικασία ηλεκτρόλυσης μπορεί να συμβεί μέσω τήξης ή διάλυσης:

Igneous ηλεκτρόλυση

Η πυριτική ηλεκτρόλυση είναι αυτή που υποβάλλεται σε επεξεργασία από έναν τετηγμένο ηλεκτρολύτη, δηλαδή με τη διαδικασία του Σύντηξη.

Για παράδειγμα, ας χρησιμοποιήσουμε NaCl (χλωριούχο νάτριο). Όταν θερμαίνουμε την ουσία στους 808 ° C, συντήκεται και τα ιόντα υπάρχουν (Na⁺ και Cl^-) αρχίστε να έχετε μεγαλύτερη ελευθερία κινήσεων, σε υγρή κατάσταση.

όταν ο ηλεκτρικό ρεύμα περνά στο ηλεκτρολυτικό κύτταρο, τα κατιόντα Na⁺ προσελκύονται από τον αρνητικό πόλο, που ονομάζεται κάθοδος. Ήδη τα ανιόντα του Cl^-προσελκύονται από τον θετικό πόλο ή την άνοδο.

Στην περίπτωση του Na⁺ εμφανίζεται μια αντίδραση αναγωγής, ενώ στο Cl^-, υπάρχει μια αντίδραση του οξείδωση.

Σχήμα ηλεκτρόλυσης Igneous NaCl

Υδατική ηλεκτρόλυση

Στην υδατική ηλεκτρόλυση, ο διαλύτης ιονισμού που χρησιμοποιείται είναι νερό. Σε υδατικό διάλυμα, η ηλεκτρόλυση μπορεί να πραγματοποιηθεί με ανεστραμμένα ηλεκτρόδια ή ενεργά (ή αντιδραστικά) ηλεκτρόδια.

Αδρανή ηλεκτρόδια: το νερό στο διάλυμα ιονίζεται σύμφωνα με την εξίσωση:

Η₂O ↔ Η⁺ + Ω^-

Με την διάσταση του NaCl έχουμε:

NaCl → Να⁺ + Cl^-

Έτσι, τα κατιόντα Η⁺ και συνεχώς⁺ μπορεί να αποφορτιστεί στον αρνητικό πόλο, ενώ OH ανιόντα^- και Cl^- μπορεί να αποφορτιστεί στον θετικό πόλο.

Σχέδιο υδατικής ηλεκτρόλυσης NaCl

Στα κατιόντα υπάρχει αντίδραση αναγωγής (καθοδική αναγωγή), ενώ στα ανιόντα υπάρχει αντίδραση οξείδωσης (ανοδική οξείδωση).

Έχουμε λοιπόν την αντίδραση ηλεκτρόλυσης:

2 NaCl + 2 Η₂O → 2 In⁺ + 2 Ω^- + Χ₂ + Cl₂

Από αυτό, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα μόρια NaOH παραμένουν σε διάλυμα, ενώ το Η₂ απελευθερώνεται στον αρνητικό πόλο και το Cl₂, στον θετικό πόλο.

Αυτή η διαδικασία θα οδηγήσει στην ισοδύναμη εξίσωση:

2 NaCl + 2 Η₂O → 2 NaOH + Η₂ + Cl₂

Ενεργά ηλεκτρόδια: σε αυτήν την περίπτωση, τα ενεργά ηλεκτρόδια συμμετέχουν στην ηλεκτρόλυση, ωστόσο, υφίστανται διάβρωση.

Για παράδειγμα, έχουμε την ηλεκτρόλυση σε υδατικό διάλυμα θειικού χαλκού (CuSO₄):
ΚΟΥΣΟ₄ → Cu₂ + Λειτουργικό σύστημα ^2-₄
Η₂O → Η⁺ + Ω^-

Σχέδιο υδατικής ηλεκτρόλυσης CuSO₄

Σε αυτήν την περίπτωση, η άνοδος του χαλκού θα διαβρώσει:

Γάιδαρος⁰ → Cu²⁺ + 2ε^-

Αυτό συμβαίνει επειδή, σύμφωνα με τις τυπικές δυνατότητες των ηλεκτροδίων, το ηλεκτρικό ρεύμα έχει ευκολότερο χρόνο αφαίρεσης των ηλεκτρονίων από το Cu⁰ από το λειτουργικό σύστημα ^2-₄ ή από το ω^-.

Επομένως, στον αρνητικό πόλο, εμφανίζεται η ακόλουθη αντίδραση ηλεκτρόλυσης:

2ε^- + Κου²⁺ → Cu

Στον θετικό πόλο, έχουμε την αντίδραση ηλεκτρόλυσης:

Cu → Cu²⁺ + 2ε^-

Τέλος, όταν προσθέτουμε τις δύο εξισώσεις ηλεκτρόλυσης, έχουμε ως αποτέλεσμα μηδέν.

Θέλετε να μάθετε περισσότερα για το θέμα; Διαβάστε τα άρθρα:

• Ίον, Κατιόν και Ανιόν
• Χημικές αντιδράσεις
• Αντιδράσεις οξείδωσης

Μπαταρία και ηλεκτρόλυση

Η ηλεκτρόλυση βασίζεται σε αντίστροφο φαινόμενο της μπαταρίας. Στην ηλεκτρόλυση, η διαδικασία δεν είναι αυθόρμητη, όπως συμβαίνει στις μπαταρίες. Με άλλα λόγια, η ηλεκτρόλυση μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε χημική ενέργεια, ενώ η κυψέλη παράγει ηλεκτρική ενέργεια από χημική ενέργεια.

μάθετε περισσότερα για Ηλεκτροχημεία.

Γυμνάσια

1. (Ulbra-RS) Το μεταλλικό κάλιο μπορεί να παραχθεί με την πυριτική ηλεκτρόλυση του χλωριούχου καλίου. Από αυτήν τη δήλωση, επιλέξτε τη σωστή εναλλακτική λύση.

α) Η ηλεκτρόλυση είναι μια διαδικασία που περιλαμβάνει αντιδράσεις οξείδωσης-μείωσης και μείωσης που προκαλούνται από ηλεκτρικό ρεύμα.
β) Η πυριτική ηλεκτρόλυση του χλωριούχου καλίου λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία δωματίου.
γ) Το κάλιο βρίσκεται στη φύση με τη μειωμένη μορφή του (Κ⁰).
δ) Η αντίδραση ηλεκτρόλυσης είναι αυτή που λαμβάνει χώρα με τη βοήθεια της υπεριώδους ακτινοβολίας.
ε) Στη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης του χλωριούχου καλίου, για να ληφθεί μεταλλικό κάλιο, πραγματοποιείται η μεταφορά ηλεκτρονίων από το κάλιο στο χλώριο.

Δείτε την απάντηση

Εναλλακτική λύση για

2. (UFRGS-RS) Στην κάθοδο ενός στοιχείου ηλεκτρόλυσης υπάρχει πάντα:

α) Απόθεση μετάλλων.
β) Μείωση μισής αντίδρασης.
γ) Παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος.
δ) Απελευθέρωση αερίου υδρογόνου.
ε) Χημική διάβρωση.

Δείτε την απάντηση

Εναλλακτική β

3. (Unifor-CE) Οι ακόλουθες προτάσεις σχετίζονται με την ηλεκτρόλυση:

ΕΓΩ. Οι αντιδράσεις ηλεκτρόλυσης συμβαίνουν με την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.
ΙΙ. Τα υδατικά διαλύματα γλυκόζης δεν μπορούν να ηλεκτρολυθούν επειδή δεν έχουν ηλεκτρικό ρεύμα.
III. Στην ηλεκτρόλυση αλατούχων διαλυμάτων, τα μεταλλικά κατιόντα υφίστανται οξείδωση.

Μπορούμε να το πούμε μόνο:

α) Έχω δίκιο.
β) Το II είναι σωστό.
γ) το III είναι σωστό.
δ) Τα I και II είναι σωστά.
ε) II και III είναι σωστά.

Δείτε την απάντηση

Εναλλακτική λύση

4. (FEI-SP) Δύο μαθητές Χημείας πραγματοποίησαν ηλεκτρόλυση BaCl₂; το πρώτο υδατώδες και το δεύτερο φλογερό. Όσον αφορά το αποτέλεσμα, μπορούμε να πούμε ότι και οι δύο απέκτησαν:

α) Η₂ είναι το₂ στις άνοδοι.
β) Η₂ και ο Μπα στις άνοδοι.
γ) Cl₂ και Ba στα ηλεκτρόδια.
δ) Η₂ στις κάθοδοι.
ε) Cl₂ στις άνοδοι.

Δείτε την απάντηση

Εναλλακτική και

5. (Vunesp) "Πισίνα χωρίς χημεία"Είναι μια διαφήμιση που περιλαμβάνει επεξεργασία νερού. Είναι γνωστό, ωστόσο, ότι η επεξεργασία συνίσταται στην προσθήκη χλωριούχου νατρίου στο νερό και τη διέλευση αυτού νερό μέσω δοχείου εξοπλισμένου με ηλεκτρόδια χαλκού και λευκόχρυσου που συνδέονται με ηλεκτρόδιο αυτοκίνητο.

α) Με βάση αυτές τις πληροφορίες, συζητήστε εάν το διαφημιστικό μήνυμα είναι σωστό
β) Λαμβάνοντας υπόψη τα αδρανή ηλεκτρόδια, γράψτε τις εξισώσεις των αντιδράσεων που δικαιολογούν την προηγούμενη απάντηση.

Δείτε την απάντηση

α) Το διαφημιστικό μήνυμα δεν είναι σωστό, καθώς θα υπάρξει σχηματισμός χημικών προϊόντων.
β) 2 NaCl + 2Η₂O → 2 NaOH + Η₂ + Cl₂ (αντίδραση που σχηματίζει χλώριο, χρήσιμη στην επεξεργασία του νερού της πισίνας)
2 ΝαΟΗ + Cl₂ → NaCl + NaClO + Η₂O (αντίδραση που σχηματίζει NaClO, ένα ισχυρό βακτηριοκτόνο)