Elektroliza to je nespontani proces, odnosno onaj koji se ne događa prirodno, u kojem tvari nastaju električnim pražnjenjem u spojevima rastopljenim ili otopljenim u vodi. U tom procesu električna struja dolazi do staklene posude (elektrolitskog spremnika) koja ima dvije inertne elektrode (koje ne trpe ili oksidacija ni smanjenje) koji tvore grafit ili platina. Te su elektrode spojene na električni izvor (obično a bubnjevi) i umoči se u sol ili bazu rastopljenu ili otopljenu u vodi. Baš kao i baterija, elektroliza ima katodu (gdje se događa redukcija) i anodu (gdje dolazi do oksidacije).
Sažetak
Elektroliza je nespontani proces;
Mogu se stvoriti jednostavne ili složene tvari;
Može se dogoditi s rastaljenom otopljenom supstancom (magmatska elektroliza);
Može se dogoditi s otopljenom otopljenom otopinom u vodi (vodena elektroliza);
Kation uvijek prolazi kroz redukciju na katodi;
Anion uvijek prolazi oksidaciju na anodi.
Pogledajte i:Dobivanje aluminija iz elektrolize
Vrste elektrolize
To je elektroliza koja se događa kada se na rastopljenom ionskom spoju vrši električno pražnjenje. Jonski spoj je onaj koji nastaje ionskom vezom, kao što je sol ili a baza anorganski. Kad govorimo o rastaljenom spoju, mi mislimo na spoj koji prelazi iz čvrstog u tekuće stanje.
- Primjer magmatske elektrolize
Kada izvršimo fuziju kalijevog klorida (KCl), ta sol prolazi postupak disocijacije, oslobađajući kalijev kation (K+) i jodid anion (l-).
Jednadžba disocijacije za kalijev klorid
Kad električna struja stigne u elektrolitsku ćeliju s tim ionima, kalij-kation prolazi kroz redukciju, formirajući metalni kalij (K), a jodid-anion oksidirajući, stvarajući čvrsti jod (I2).
Jednadžba čvrstog nastanka kalija
Jednadžba stvaranja čvrstog joda
To je elektroliza koja se događa kada se električno pražnjenje provodi na vodenoj otopini (ima vodu) koju tvori sol ili anorganska baza.
- Primjer vodene elektrolize
Kada otopimo natrijev klorid u vodi, on se disocira i voda prolazi kroz ionizaciju:
Jednadžbe jonizacije vode i disocijacije natrijevog klorida
Kao natrijev kation (Na+) pripada obitelji IA, hidronijevom kationu (H+) prolazi kroz pražnjenje i podvrgava se redukciji stvarajući plinoviti vodik (H2).
Jednadžba stvaranja vodikovih plinova
Kao klorid (Cl-) nije oksigeniran (nema kisika) i nije fluorid (F-), ispušta se, oksidira i stvara plinoviti klor (Cl2).
Jednadžba stvaranja plinova klora
Selektivno pražnjenje iona
Tijekom postupka elektrolize u vodenom mediju (otopina koju tvore voda i otopljena tvar) uvijek ćemo imati dva kationa: hidronij koji dolazi iz vode i bilo koji drugi koji dolazi iz disocijacija soli (primjer otopljene tvari). Također ćemo imati dva aniona: hidroksil koji dolazi iz vode i drugi koji dolazi iz soli.
Joni od ionizacije vode i disocijacije soli
- Selektivno pražnjenje za katione i anione
Ako kation iz otopljene tvari pripada obitelji IA, IIA ili IIIA, hidronij (H+) će se smanjiti;
Ako kation koji dolazi iz otopljene tvari ne pripada gore spomenutim obiteljima, pretrpjet će smanjenje.
Ako anion iz otopljene tvari u svom sastavu ima kisik ili je fluorid (F-), hidroksid (OH-) proći će oksidaciju;
Ako anion iz otopljene tvari nema gore navedena svojstva, podvrgnut će se oksidaciji.
Poznato je da voda ima sposobnost samoionizacije, stvarajući hidronijeve ione (H+) i hidroksida (OH-), ali je ta ionizacija prilično ograničena. Ovu činjenicu dokazuje neučinkovitost čiste vode u provođenju električne struje.
Kao što su elektroliza uključuje električno pražnjenje, da bi se izvršila elektroliza vode, potrebno je otopiti otopljenu tvar što pogoduje selektivnom ispuštanju hidronija i hidroksida (kao što se vidi u temi o ispuštanju selektivni).
Ako dodamo natrijev sulfat (Na2SAMO4), na primjer, u sredini ćemo imati katione natrija (Na+) i hidronija (H+), kao i hidroksidni anioni (OH-) i sulfat (SO4-2). Dakle, kada električna struja stigne u elektrolitski spremnik:
hidronij će se isprazniti, reducirajući, jer natrij pripada obitelji IA;
Jednadžba stvaranja vodikovih plinova
hidroksid će se pretvoriti u oksidaciju, jer sulfat ima kisik u svom sastavu.
Jednadžba stvaranja kisikovih plinova
Kako su se dva iona (kation i anion) koji su dolazili iz vode praznili, kažemo da se dogodila elektroliza vode.
Vidi i ti: Kvantitativni aspekti elektrolize
Proizvodnja jednostavnih tvari kao što je plin vodik (H2), plin kisik (O2) itd .;
Proizvodnja kompozitnih tvari kao što su natrijev hidroksid (NaOH), sumporna kiselina (H2SAMO4) itd;
Oblaganje dijela određenim metalom, poput bakra (bakra) i zlata (pozlaćivanje);
Koristite za uklanjanje određenog metala iz rude.
Riješene vježbe iz elektrolize
Primjer 1 - (Vunesp) Vodena otopina CuCℓ2 je podvrgnut elektrolizi, koristeći platinske elektrode. Točna je izjava:
a) Na katodi dolazi do redukcije Cu iona2+.
b) Na anodi dolazi do oksidacije Cu iona2+.
c) Na katodi nastaje plinoviti klor.
d) Dio anode od platine se otapa stvarajući Pt2+.
e) Produkti ove elektrolize bili bi drugačiji kad bi elektroliza CuCl2 bila vatrena (fuzija).
a) Ispravno. Kad je CuCl2 otapa se u vodi, imamo hidronijeve katione (H+) i bakar II (Cu+2). Kako kation bakra II ne pripada obiteljima IA, IIA i IIIA, on je reduciran.
b) Lažno, jer se kloridni anion (Cl) oksidira na anodi-), koji u svom sastavu nema kisika i nije fluorid (F-).
c) Netačno, jer se na katodi događa redukcija kationa bakra II, dakle dolazi do stvaranja metala bakra.
d) Lažno, jer elektrode od platine ili grafita u elektrolizi samo provode električnu energiju, one ne sudjeluju u procesu.
e) Lažno, kao magmatska elektroliza bakrenog klorida II (CuCl2) predstavio bi potpuno iste proizvode kao i vodeni, jer bi prisutni ioni bili bakar II (Cu+2) i klorid (Cl-1).
Primjer 2- (UFRN) Razmotrite sljedeće sustave:
Ja Rastopljeni natrijev klorid;
II. Vodena otopina natrijevog klorida;
III. Spojeni natrijev hidroksid;
IV. Vodena otopina natrijevog hidroksida.
Oni koji mogu dati natrij, kada su podvrgnuti elektrolizi, su:
a) samo I i II.
b) samo I i III.
c) samo II i IV.
d) samo III i IV.
e) I, II, III i IV.
Sustavi koji opskrbljuju metalni natrij kao proizvod na katodi su I i III.
I- Jedini kation koji je prisutan u mediju je kation natrija, stoga se samo on može reducirati, tvoreći metalni natrij.
II- Ovaj sustav ne pruža metalni natrij jer je natrijev klorid otopljen u vodi, stoga u sredini imamo prisutnost natrijevih kationa (Na+) i hidronija (H+) - ovo je osoba koja trpi redukciju, jer natrij pripada obitelji IA.
III- Jedini kation prisutan u mediju je natrijev kation (jer je materijal podvrgnut fuziji), dakle, samo on prolazi kroz redukciju, formirajući metalni natrij;
IV- Ovaj sustav ne pruža metalni natrij jer je natrijev hidroksid otopljen u vodi, pa u sredini imamo prisutnost natrijevih kationa (Na+) i hidronija (H+) - ovo je osoba koja trpi redukciju, jer natrij pripada obitelji IA.
Ja, Diogo Lopes Dias
