Hva er elektrolyse?

Elektrolyse er en ikke-spontan kjemisk reaksjon som innebærer en oksidasjonsreduksjonsreaksjon, som er forårsaket av en elektrisk strøm.

For at elektrolyse skal finne sted, må den involverte elektriske strømmen være kontinuerlig og ha tilstrekkelig spenning.

For at ionene som er involvert skal ha frihet i bevegelsen de utfører, kan elektrolyse oppstå ved fusjon (magmatisk elektrolyse) eller ved oppløsning (elektrolyse i oppløsning).

Elektrolyse applikasjoner

Mange materialer og kjemiske forbindelser produseres fra elektrolyseprosessen, for eksempel:

• aluminium og kobber
• hydrogen og klor i sylinder
• kostymsmykker (galvaniseringsprosess)
• trykkoker
• magnesiumhjul (bilnavkapsler).

Lov om elektrolyse

Loven om elektrolyse ble utviklet av den engelske fysikeren og kjemikeren Michael de Faraday (1791-1867). Begge lovene styrer de kvantitative aspektene ved elektrolyse.

DE første lov om elektrolyse har følgende uttalelse:

“Massen til et element, avsatt under elektrolyseprosessen, er direkte proporsjonal med mengden elektrisitet som passerer gjennom den elektrolytiske cellen”.

Q = i. t

Hvor,

Spørsmål: elektrisk ladning (C)
Jeg: elektrisk strømintensitet (A)
t: tidsintervall for passering av elektrisk strøm (er)

DE andre lov om elektrolyse har følgende uttalelse:

“Massene av forskjellige elementer, når de avsettes under elektrolyse med samme mengde elektrisitet, er direkte proporsjonale med deres kjemiske ekvivalenter”.

M = K. OG

Hvor,

M: stoffmasse
K: proporsjonalitetskonstant
OG: gram ekvivalent stoff

Lær mer i artikkelen: Faraday er konstant.

Klassifisering

Elektrolyseprosessen kan skje ved smelting eller oppløsning:

Igneøs elektrolyse

Igneøs elektrolyse er den som behandles fra en smeltet elektrolytt, det vil si ved prosessen med Fusjon.

Som et eksempel, la oss bruke NaCl (Sodium Chloride). Når vi varmer opp stoffet til 808 ° C, smelter det sammen og ionene som er til stede (Na⁺ og Cl^-) begynner å få større bevegelsesfrihet, i flytende tilstand.

når elektrisk strøm passerer inn i den elektrolytiske cellen, Na-kationene⁺ de tiltrekkes av den negative polen, kalt katoden. Allerede anionene til Cl^-, tiltrekkes av den positive polen, eller anoden.

I tilfelle av Na⁺ en reduksjonsreaksjon oppstår, mens i Cl^-, det er en reaksjon av oksidasjon.

Skjema for støyende NaCl-elektrolyse

Vandig elektrolyse

I vandig elektrolyse er det ioniserende løsningsmidlet vann. I vandig løsning kan elektrolyse utføres med inverterte elektroder eller aktive (eller reaktive) elektroder.

Inerte elektroder: vannet i løsningen ioniserer i henhold til ligningen:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

Med dissosiasjon av NaCl har vi:

NaCl → Na⁺ + Cl^-

Dermed H-kationene⁺ og på⁺ kan slippes ut på den negative polen, mens OH-anioner^- og Cl^- kan slippes ut på den positive polen.

Vandig NaCl-elektrolyseskjema

I kationer er det en reduksjonsreaksjon (katodisk reduksjon), mens i anioner, en oksidasjonsreaksjon (anodisk oksidasjon).

Så vi har elektrolysereaksjonen:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 In⁺ + 2 OH^- + H₂ + Cl₂

Fra dette kan vi konkludere med at NaOH-molekyler forblir i løsning, mens H₂ frigjøres ved den negative polen og Cl₂, på den positive polen.

Denne prosessen vil resultere i ekvivalent ligning:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂

Aktive elektroder: i dette tilfellet deltar de aktive elektrodene i elektrolysen, men de får korrosjon.

Som et eksempel har vi elektrolysen i vandig løsning av kobbersulfat (CuSO)₄):
CUSO₄ → Cu₂ + OS ^2-₄
H₂O → H⁺ + OH^-

CuSO vandig elektrolyseskjema₄

I dette tilfellet korroderer kobberanoden:

Ass⁰ → Cu²⁺ + 2e^-

Dette er fordi, i henhold til standardpotensialene til elektrodene, har den elektriske strømmen lettere å fjerne elektronene fra Cu⁰ enn operativsystemet ^2-₄ eller fra oh^-.

Derfor, ved den negative polen, oppstår følgende elektrolysereaksjon:

2e^- + Cu²⁺ → Cu

På den positive polen har vi elektrolysereaksjonen:

Cu → Cu²⁺ + 2e^-

Til slutt, når vi legger til de to elektrolyse ligningene, har vi null som et resultat.

Vil du vite mer om temaet? Les artiklene:

• Ion, Kation og Anion
• Kjemiske reaksjoner
• oksidasjonsreduksjonsreaksjoner

Batteri og elektrolyse

Elektrolyse er basert på et omvendt fenomen til batteriets. I elektrolyse er ikke prosessen spontan, slik den skjer i batterier. Med andre ord omdanner elektrolyse elektrisk energi til kjemisk energi, mens cellen genererer elektrisk energi fra kjemisk energi.

vite mer om Elektrokjemi.

Øvelser

1. (Ulbra-RS) Metallisk kalium kan produseres ved magmatisk elektrolyse av kaliumklorid. Fra det utsagnet, kryss av for riktig alternativ.

a) Elektrolyse er en prosess som involverer oksidasjonsreduksjons- og reduksjonsreaksjoner motivert av elektrisk strøm.
b) Igneøs elektrolyse av kaliumklorid skjer ved romtemperatur.
c) Kalium finnes i naturen i redusert form (K⁰).
d) Elektrolysereaksjonen er en som skjer ved hjelp av ultrafiolett stråling.
e) I prosessen med elektrolyse av kaliumklorid, for å oppnå metallisk kalium, skjer overføring av elektroner fra kalium til klor.

Se Svar

Alternativ til

2. (UFRGS-RS) I katoden til en elektrolysecelle er det alltid:

a) Avsetning av metall.
b) En reduksjonshalvreaksjon.
c) Produksjon av elektrisk strøm.
d) Utslipp av hydrogengass.
e) Kjemisk korrosjon.

Se Svar

Alternativ b

3. (Unifor-CE) Følgende forslag er relatert til elektrolyse:

JEG. Elektrolysereaksjoner oppstår ved forbruk av elektrisk energi.
II. Vandige glukoseoppløsninger kan ikke elektrolyseres fordi de ikke leder en elektrisk strøm.
III. Ved elektrolyse av saltoppløsninger gjennomgår metalliske kationer oksidasjon.

Vi kan bare si det:

a) Jeg har rett.
b) II er riktig.
c) III er riktig.
d) I og II er korrekte.
e) II og III er korrekte.

Se Svar

Alternativ

4. (FEI-SP) To kjemistudenter utførte BaCl-elektrolyse₂; det første vannet og det andre brennende. Når det gjelder resultatet, kan vi si at begge oppnådde:

a) H₂ det er₂ ved anodene.
b) H₂ og Ba ved anodene.
c) Cl₂ og Ba på elektrodene.
d) H₂ ved katodene.
e) Cl₂ ved anodene.

Se Svar

Alternativ og

5. (Vunesp) "Basseng uten kjemi”Er en annonse som involverer vannbehandling. Det er imidlertid kjent at behandlingen består i å tilsette natriumklorid til vannet og passere dette vann gjennom en beholder utstyrt med kobber- og platinaelektroder koblet til en ledning bil.

a) Basert på denne informasjonen, diskuter om annonsemeldingen er riktig
b) Med tanke på de inerte elektrodene, skriv ligningene av reaksjonene som er involvert som rettferdiggjør det forrige svaret.

Se Svar

a) Annonsemeldingen er ikke riktig, da det vil være dannelse av kjemiske produkter.
b) 2 NaCl + 2H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂ (reaksjon som danner klor, nyttig ved behandling av bassengvann)
2 NaOH + Cl₂ → NaCl + NaClO + H₂O (reaksjon som danner NaClO, et sterkt bakteriedrepende middel)