Co to jest elektroliza?

Elektroliza jest niespontaniczna reakcja chemiczna która obejmuje reakcję utleniania-redukcji, która jest wywoływana przez prąd elektryczny.

Aby nastąpiła elektroliza, prąd elektryczny musi być ciągły i mieć wystarczające napięcie.

Aby zaangażowane jony miały swobodę ruchu, który wykonują, może nastąpić elektroliza przez fuzję (elektroliza magmowa) lub przez rozpuszczanie (elektroliza w roztworze).

Zastosowania elektrolizy

W procesie elektrolizy powstaje wiele materiałów i związków chemicznych, na przykład:

• aluminium i miedź
• wodór i chlor w cylindrze
• biżuteria sztuczna (proces galwanizacji)
• szybkowar
• koło magnezowe (kołpaki samochodowe).

Prawa elektrolizy

Prawa elektrolizy zostały opracowane przez angielskiego fizyka i chemika Michaela de Faradaya (1791-1867). Oba prawa regulują ilościowe aspekty elektrolizy.

TEN pierwsza zasada elektrolizy ma następujące oświadczenie:

“Masa elementu osadzanego podczas procesu elektrolizy jest wprost proporcjonalna do ilości energii elektrycznej przechodzącej przez ogniwo elektrolityczne”.

Q = ja. t

Gdzie,

Q: ładunek elektryczny (C)
ja: natężenie prądu elektrycznego (A)
t: przedział czasu przepływu prądu elektrycznego (s)

TEN drugie prawo elektrolizy ma następujące oświadczenie:

“Masy różnych pierwiastków, osadzone podczas elektrolizy przez tę samą ilość energii elektrycznej, są wprost proporcjonalne do ich chemicznych odpowiedników”.

M = K. I

Gdzie,

M: masa substancji
K: stała proporcjonalności
I: gramowy ekwiwalent substancji

Dowiedz się więcej w artykule: stała Faradaya.

Klasyfikacja

Proces elektrolizy może zachodzić poprzez topienie lub rozpuszczanie:

Elektroliza magmowa

Elektroliza magmowa to ta, która jest przetwarzana ze stopionego elektrolitu, to znaczy w procesie Połączenie.

Jako przykład weźmy NaCl (chlorek sodu). Kiedy podgrzewamy substancję do 808°C, topi się ona i obecne jony (Na⁺ i Cl^-) zaczynają mieć większą swobodę ruchu w stanie płynnym.

kiedy prąd elektryczny przechodzi do ogniwa elektrolitycznego, kationy Na Na⁺ przyciąga je ujemny biegun, zwany katodą. Już aniony Cl^-, są przyciągane przez biegun dodatni lub anodę.

W przypadku Na⁺ zachodzi reakcja redukcji, natomiast w Cl^-, występuje reakcja utlenianie.

Schemat elektrolizy magmowego NaCl

Elektroliza wodna

W elektrolizie wodnej stosowanym rozpuszczalnikiem jonizującym jest woda. W roztworze wodnym elektrolizę można przeprowadzić za pomocą odwróconych elektrod lub aktywnych (lub reaktywnych) elektrod.

Elektrody obojętne: woda w roztworze jonizuje zgodnie z równaniem:

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

Z dysocjacja NaCl mamy:

NaCl → Na⁺ + Cl^-

Zatem kationy H H⁺ i dalej⁺ mogą być rozładowywane na biegunie ujemnym, podczas gdy aniony OH^- i Cl^- można rozładować na biegunie dodatnim.

Schemat elektrolizy wodnej NaCl

W kationach zachodzi reakcja redukcji (redukcja katodowa), natomiast w anionach reakcja utleniania (utlenianie anodowe).

Mamy więc reakcję elektrolizy:

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

Z tego możemy wywnioskować, że cząsteczki NaOH pozostają w roztworze, podczas gdy H₂ jest uwalniany na biegunie ujemnym i Cl₂, na biegunie dodatnim.

Ten proces da w wyniku równanie równoważne:

2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂

Elektrody aktywne: w tym przypadku elektrody aktywne uczestniczą w elektrolizie, jednak ulegają korozji.

Jako przykład mamy elektrolizę w wodnym roztworze siarczanu miedzi (CuSO₄):
CUSO₄ → Cu₂ + OS ^2-₄
H₂O → H⁺ + OH^-

Schemat elektrolizy wodnej CuSO₄

W takim przypadku miedziana anoda ulegnie korozji:

Tyłek⁰ → Cu²⁺ + 2e^-

Dzieje się tak, ponieważ zgodnie ze standardowymi potencjałami elektrod prąd elektryczny ma łatwiejszy czas usuwania elektronów z Cu⁰ niż OS ^2-₄ lub od oh^-.

Dlatego na biegunie ujemnym zachodzi następująca reakcja elektrolizy:

2e^- + Cu²⁺ → Cu

Na biegunie dodatnim mamy reakcję elektrolizy:

Cu → Cu²⁺ +2e^-

Wreszcie, gdy dodamy dwa równania elektrolizy, w wyniku otrzymamy zero.

Chcesz dowiedzieć się więcej na ten temat? Przeczytaj artykuły:

• Jon, kation i anion
• Reakcje chemiczne
• Reakcje utleniania

Bateria i elektroliza

Elektroliza opiera się na zjawisku odwrotnym do zjawiska baterii. W elektrolizie proces ten nie jest spontaniczny, jak to ma miejsce w akumulatorach. Innymi słowy, elektroliza przekształca energię elektryczną w energię chemiczną, podczas gdy komórka wytwarza energię elektryczną z energii chemicznej.

dowiedz się więcej o Elektrochemia.

Ćwiczenia

1. (Ulbra-RS) Metaliczny potas może być wytwarzany przez magmową elektrolizę chlorku potasu. Na podstawie tego stwierdzenia zaznacz poprawną alternatywę.

a) Elektroliza to proces, który obejmuje reakcje utleniania-redukcji i redukcji motywowane prądem elektrycznym.
b) Elektroliza magmowa chlorku potasu odbywa się w temperaturze pokojowej.
c) Potas występuje w przyrodzie w postaci zredukowanej (K⁰).
d) Reakcja elektrolizy to taka, która zachodzi za pomocą promieniowania ultrafioletowego.
e) W procesie elektrolizy chlorku potasu w celu uzyskania metalicznego potasu następuje przeniesienie elektronów z potasu na chlor.

Zobacz odpowiedź

Alternatywa dla

2. (UFRGS-RS) W katodzie elektrolizera zawsze znajduje się:

a) Osadzanie metalu.
b) Reakcja połówkowa redukcji.
c) Produkcja prądu elektrycznego.
d) Uwolnienie gazowego wodoru.
e) Korozja chemiczna.

Zobacz odpowiedź

Alternatywne b

3. (Unifor-CE) Następujące propozycje dotyczą elektrolizy:

JA. Reakcje elektrolizy zachodzą przy zużyciu energii elektrycznej.
II. Wodne roztwory glukozy nie mogą być poddane elektrolizie, ponieważ nie przewodzą prądu elektrycznego.
III. W elektrolizie roztworów soli kationy metali ulegają utlenianiu.

Możemy powiedzieć, że tylko:

a) mam rację.
b) II jest poprawne.
c) III jest poprawne.
d) I i II są poprawne.
e) II i III są poprawne.

Zobacz odpowiedź

Alternatywny

4. (FEI-SP) Dwóch studentów chemii wykonało elektrolizę BaCl₂; pierwszy wodnisty, a drugi ognisty. Jeśli chodzi o wynik, możemy powiedzieć, że obaj uzyskali:

a) H₂ to jest₂ na anodach.
b) H₂ i Ba na anodach.
c) Cl₂ i Ba na elektrodach.
d) H₂ na katodach.
e) Cl₂ na anodach.

Zobacz odpowiedź

Alternatywne i

5. (Vunesp) "Basen bez chemii” to reklama dotycząca uzdatniania wody. Wiadomo jednak, że zabieg polega na dodaniu do wody chlorku sodu i przepuszczeniu go wodę przez pojemnik wyposażony w elektrody miedziane i platynowe połączone z przewodem samochód.

a) Na podstawie tych informacji omów, czy komunikat reklamy jest poprawny
b) Biorąc pod uwagę elektrody obojętne, napisz równania zachodzących reakcji, które uzasadniają poprzednią odpowiedź.

Zobacz odpowiedź

a) Komunikat reklamy jest niepoprawny, ponieważ nastąpi tworzenie się chemikaliów.
b) 2 NaCl + 2H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂ (reakcja tworząca chlor, przydatny w uzdatnianiu wody basenowej)
2 NaOH + Cl2₂ → NaCl + NaClO + H₂O (reakcja, która tworzy NaClO, silny środek bakteriobójczy)