Elektrolyse is een niet-spontane chemische reactie waarbij sprake is van een oxidatie-reductiereactie, die wordt veroorzaakt door een elektrische stroom.
Om elektrolyse te laten plaatsvinden, moet de betrokken elektrische stroom continu zijn en voldoende spanning hebben.
Om ervoor te zorgen dat de betrokken ionen vrijheid hebben in de beweging die ze uitvoeren, kan elektrolyse plaatsvinden door fusie (stollingselektrolyse) of door oplossing (elektrolyse in oplossing).
Elektrolyse toepassingen
Uit het elektrolyseproces worden veel materialen en chemische verbindingen geproduceerd, bijvoorbeeld:
- aluminium en koper
- waterstof en chloor- in cilinder
- kostuumjuwelen (galvanisatieproces)
- snelkookpan
- magnesium wiel (auto wieldoppen).
Wetten van elektrolyse
De wetten van elektrolyse zijn ontwikkeld door de Engelse natuurkundige en scheikundige Michael de Faraday (1791-1867). Beide wetten regelen de kwantitatieve aspecten van elektrolyse.
DE eerste wet van elektrolyse heeft de volgende verklaring:
“De massa van een element, afgezet tijdens het elektrolyseproces, is recht evenredig met de hoeveelheid elektriciteit die door de elektrolysecel gaat”.
Q = ik. t
Waar,
Vraag: elektrische lading (C)
ik: elektrische stroomsterkte (A)
t: tijdsinterval van passage van elektrische stroom (s)
DE tweede wet van elektrolyse heeft de volgende verklaring:
“De massa's van verschillende elementen, wanneer ze tijdens elektrolyse worden afgezet door dezelfde hoeveelheid elektriciteit, zijn recht evenredig met hun chemische equivalenten”.
M = K. EN
Waar,
M: stofmassa
K: evenredigheidsconstante
EN: gramequivalent van stof
Lees meer in het artikel: Constante van Faraday.
Classificatie
Het elektrolyseproces kan plaatsvinden door smelten of oplossen:
Stollingselektrolyse
Stollingselektrolyse is dat wat wordt verwerkt uit een gesmolten elektrolyt, dat wil zeggen door het proces van Fusie.
Laten we als voorbeeld NaCl (natriumchloride) gebruiken. Als we de stof verhitten tot 808 °C, versmelt deze en de aanwezige ionen (Na+ en Cl-) hebben nu meer bewegingsvrijheid, in vloeibare toestand.
wanneer de elektrische stroom gaat over in de elektrolytische cel, de Na-kationen+ ze worden aangetrokken door de negatieve pool, de kathode genaamd. Reeds de anionen van Cl-, worden aangetrokken door de positieve pool of de anode.
In het geval van Na+ een reductiereactie optreedt, terwijl in Cl-, er is een reactie van oxidatie.
Schema van Igneous NaCl-elektrolyse
Waterige elektrolyse
Bij waterige elektrolyse is het gebruikte ioniserende oplosmiddel water. In waterige oplossing kan elektrolyse worden uitgevoerd met omgekeerde elektroden of actieve (of reactieve) elektroden.
Inerte elektroden: het water in de oplossing ioniseert volgens de vergelijking:
H2O H+ + OH-
Met de dissociatie van NaCl hebben we:
NaCl → Na+ + Cl-
Dus de H-kationen+ en verder+ kan worden ontladen aan de negatieve pool, terwijl OH-anionen- en Cl- kan worden ontladen aan de positieve pool.
NaCl-schema voor waterige elektrolyse
Bij kationen is er een reductiereactie (kathodische reductie), terwijl in anionen een oxidatiereactie (anodische oxidatie) plaatsvindt.
We hebben dus de elektrolysereactie:
2 NaCl + 2 H2O → 2 In+ + 2 OH- + H2 + Cl2
Hieruit kunnen we concluderen dat NaOH-moleculen in oplossing blijven, terwijl H2 komt vrij bij de minpool en de Cl2, op de positieve pool.
Dit proces resulteert in de equivalente vergelijking:
2 NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2
Actieve elektroden: in dit geval nemen de actieve elektroden deel aan de elektrolyse, maar ze lijden aan corrosie.
Als voorbeeld hebben we de elektrolyse in waterige oplossing van kopersulfaat (CuSO4):
CUSO4 → Cu2 + besturingssysteem 2-4
H2O → H+ + OH-
CuSO-schema voor waterige elektrolyse4
In dit geval zal de koperanode corroderen:
kont0 → Cu2+ + 2e-
Dit komt omdat, volgens de standaardpotentialen van de elektroden, de elektrische stroom het gemakkelijker heeft om de elektronen uit de Cu te verwijderen0 dan het besturingssysteem 2-4 of van oh-.
Daarom vindt aan de negatieve pool de volgende elektrolysereactie plaats:
2e- + Cu2+ → Cu
Op de positieve pool hebben we de elektrolysereactie:
Cu → Cu2+ +2e-
Als we ten slotte de twee elektrolysevergelijkingen optellen, hebben we nul als resultaat.
Meer weten over het onderwerp? Lees de artikelen:
- Ion, kation en anion
- Chemische reacties
- Oxidatie reacties
Batterij en elektrolyse
Elektrolyse is gebaseerd op een omgekeerd fenomeen als dat van de batterij. Bij elektrolyse is het proces niet spontaan, zoals bij batterijen. Met andere woorden, elektrolyse zet elektrische energie om in chemische energie, terwijl de cel elektrische energie opwekt uit chemische energie.
meer weten over Elektrochemie.
Opdrachten
1. (Ulbra-RS) Metallisch kalium kan worden geproduceerd door de stollingselektrolyse van kaliumchloride. Kruis uit die uitspraak het juiste alternatief aan.
a) Elektrolyse is een proces waarbij oxidatie-reductie- en reductiereacties betrokken zijn die worden gemotiveerd door elektrische stroom.
b) Stollingselektrolyse van kaliumchloride vindt plaats bij kamertemperatuur.
c) Kalium komt in de natuur voor in gereduceerde vorm (K0).
d) De elektrolysereactie vindt plaats met behulp van ultraviolette straling.
e) Tijdens het elektrolyseproces van kaliumchloride, om metallisch kalium te verkrijgen, vindt de overdracht van elektronen van kalium naar chloor plaats.
Een alternatief voor
2. (UFRGS-RS) In de kathode van een elektrolysecel bevindt zich altijd:
a) Metaalafzetting.
b) Een reductie-halfreactie.
c) Productie van elektrische stroom.
d) Vrijkomen van waterstofgas.
e) Chemische corrosie.
alternatief b
3. (Unifor-CE) De volgende stellingen hebben betrekking op elektrolyse:
IK. Elektrolysereacties treden op bij het verbruik van elektrische energie.
II. Waterige glucoseoplossingen kunnen niet worden geëlektrolyseerd omdat ze geen elektrische stroom geleiden.
III. Bij de elektrolyse van zoutoplossingen ondergaan metaalkationen oxidatie.
We kunnen alleen zeggen dat:
a) Ik heb gelijk.
b) II is juist.
c) III is juist.
d) I en II zijn correct.
e) II en III zijn correct.
Alternatief
4. (FEI-SP) Twee scheikundestudenten voerden BaCl-elektrolyse uit2; de eerste waterige en de tweede vurig. Met betrekking tot het resultaat kunnen we zeggen dat beide verkregen:
Ah2 het is de2 bij de anodes.
b) H2 en Ba bij de anodes.
c) Cl2 en Ba op de elektroden.
d) H2 bij de kathoden.
e) Cl2 bij de anodes.
alternatief en
5. (Vunesp) "Zwembad zonder chemie” is een advertentie over waterbehandeling. Wel is bekend dat de behandeling bestaat uit het toevoegen van natriumchloride aan het water en het doorgeven hiervan water door een container die is uitgerust met koperen en platina-elektroden die zijn aangesloten op een kabel auto.
a) Bespreek op basis van deze informatie of het advertentiebericht correct is
b) Schrijf, rekening houdend met de inerte elektroden, de vergelijkingen van de betrokken reacties die het vorige antwoord rechtvaardigen.
a) Het advertentiebericht is niet correct, omdat er chemische producten zullen ontstaan.
b) 2 NaCl + 2H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2 (reactie die chloor vormt, nuttig bij de behandeling van zwembadwater)
2 NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O (reactie die NaClO vormt, een sterk bactericide)
