Elektrolityczne części komórek, sposób ich działania i zastosowania

The ogniwo elektrolityczne jest to medium, w którym energia lub prąd elektryczny są wykorzystywane do przeprowadzenia spontanicznej reakcji utleniania-redukcji. Składa się z dwóch elektrod: anody i katody.

Na anodzie (+) zachodzi utlenianie, ponieważ w tym miejscu niektóre pierwiastki lub związki tracą elektrony; natomiast w katodzie (-) redukcja, ponieważ w niej niektóre pierwiastki lub związki zyskują elektrony.

W ogniwie elektrolitycznym następuje rozkład niektórych uprzednio zjonizowanych substancji w procesie znanym jako elektroliza.

Zastosowanie prądu elektrycznego powoduje ukierunkowanie ruchu jonów w ogniwie elektrolitycznym. Dodatnio naładowane jony (kationy) migrują do katody ładunkowej (-).

Tymczasem ujemnie naładowane jony (aniony) migrują w kierunku naładowanej anody (+). Ten transfer ładunku stanowi prąd elektryczny (górny obraz). W tym przypadku prąd elektryczny jest prowadzony przez roztwory elektrolitu, obecne w pojemniku ogniwa elektrolitycznego.

Prawo elektrolizy Faradaya stwierdza, że ​​ilość substancji ulegającej utlenieniu lub redukcji w każdej elektrodzie jest wprost proporcjonalna do ilości energii elektrycznej, która przechodzi przez komórkę lub komórkę.

Indeks

• 1 Części
• 2 Jak działa elektrolizer?
  • 2.1 Elektroliza stopionego chlorku sodu
  • 2.2 Komórka w dół
• 3 aplikacje
  • 3.1 Synteza przemysłowa
  • 3.2 Powlekanie i rafinacja metali
• 4 odniesienia

Części

Ogniwo elektrolityczne składa się z pojemnika, w którym osadza się materiał, który będzie doświadczał reakcji indukowanych ładunkiem elektrycznym.

Naczynie ma parę elektrod, które są podłączone do baterii prądu stałego. Zazwyczaj stosowane elektrody są z materiału obojętnego, to znaczy nie ingerują w reakcje.

W połączeniu szeregowym z akumulatorem można podłączyć amperomierz, aby zmierzyć natężenie prądu przepływającego przez roztwór elektrolityczny. Ponadto woltomierz jest umieszczony równolegle, aby zmierzyć różnicę napięcia między parą elektrod.

Jak działa ogniwo elektrolityczne?

Elektroliza stopionego chlorku sodu

Korzystne jest stosowanie stopionego chlorku sodu do stałego chlorku sodu, ponieważ ten nie przewodzi elektryczności. Jony wibrują wewnątrz swoich kryształów, ale nie mogą się swobodnie poruszać.

Reakcja katody

Elektrody grafitowe, obojętny materiał, są podłączone do zacisków akumulatora. Elektroda jest podłączona do dodatniego zacisku akumulatora, stanowiąc anodę (+).

Tymczasem druga elektroda jest podłączona do ujemnego zacisku akumulatora, stanowiąc katodę (-). Gdy prąd płynący z baterii przepływa, obserwuje się:

Redukcja jonów Na następuje na katodzie (-)⁺, które po uzyskaniu elektronu przekształcają się w metaliczny Na:

Na⁺  +   e^-   => Na (l)

Srebrzystobiały metaliczny sód unosi się na stopionym chlorku sodu.

Reakcja anodowa

Przeciwnie, na anodzie (+) zachodzi utlenianie jonu Cl^-, ponieważ traci elektrony i staje się gazowym chlorem (Cl₂), proces objawiający się pojawieniem się jasnozielonego gazu na anodzie. Reakcja zachodząca na anodzie może być schematycznie opisana w następujący sposób:

2Cl^- => Cl₂ (g) + 2 e^-

Tworzenie się metalicznego Na i gazu Cl₂ z NaCl nie jest procesem spontanicznym, wymagającym temperatur wyższych niż 800 ° C. Prąd elektryczny dostarcza energię do wskazanej transformacji, która ma miejsce w elektrodach ogniwa elektrolitycznego.

Elektrony są zużywane na katodzie (-), w procesie redukcji i są wytwarzane na anodzie (+) podczas utleniania. Dlatego elektrony przepływają przez zewnętrzny obwód ogniwa elektrolitycznego od anody do katody.

Akumulator prądu stałego dostarcza energię dla elektronów do spontanicznego przepływu z anody (+) do katody (-).

Down Cell

Komora Down jest adaptacją opisanego ogniwa elektrolitycznego i jest używana do przemysłowej produkcji metalicznego Na i gazowego chloru.

Ogniwo elektrolityczne Down ma urządzenia, które umożliwiają gromadzenie oddzielnie metalicznego sodu i chloru gazowego. Ta metoda wytwarzania metalicznego sodu jest nadal bardzo praktyczna.

Po uwolnieniu przez elektrolizę ciekły metaliczny sód jest odprowadzany, chłodzony i cięty na bloki. Następnie jest przechowywany w obojętnym medium, ponieważ sód może reagować wybuchowo przez kontakt z wodą lub tlenem atmosferycznym.

Chlor gazowy jest wytwarzany w przemyśle głównie poprzez elektrolizę chlorku sodu w tańszym procesie niż produkcja metalicznego sodu.

Aplikacje

Synteza przemysłowa

-W przemyśle ogniwa elektrolityczne są wykorzystywane do elektrorafinacji i elektroosadzania różnych metali nieżelaznych. Prawie wszystkie wysokiej czystości aluminium, miedź, cynk i ołów są produkowane przemysłowo w ogniwach elektrolitycznych.

-Wodór jest wytwarzany przez elektrolizę wody. Ta procedura chemiczna jest również stosowana do uzyskania ciężkiej wody (D₂O).

-Metale takie jak Na, K i Mg otrzymuje się przez elektrolizę stopionych elektrolitów. Również niemetale, takie jak fluorki i chlorki, otrzymuje się przez elektrolizę. Ponadto związki takie jak NaOH, KOH, Na₂CO₃ i KMnO₄ są syntetyzowane według tej samej procedury.

Powlekanie i rafinacja metali

-Proces powlekania niższego metalu metalem wyższej jakości jest znany jako galwanizacja. Celem tego jest zapobieganie korozji dolnego metalu i zwiększenie jego atrakcyjności. W tym celu w elektrolityce stosowane są ogniwa elektrolityczne.

-Zanieczyszczone metale mogą być rafinowane przez elektrolizę. W przypadku miedzi bardzo cienkie blachy są umieszczane na katodzie, a duże pręty zanieczyszczonej miedzi mają być oczyszczane na anodzie..

-Stosowanie artykułów fornirowanych jest powszechne w społeczeństwie. Biżuteria i zastawa stołowa są często srebrne; Złoto jest osadzane elektrolitycznie w biżuterii i kontaktach elektrycznych. Wiele przedmiotów jest pokrytych miedzią w celach dekoracyjnych.

-Samochody mają błotnik i inne elementy ze stali chromowanej. Chrom obrony samochodu zajmuje tylko 3 sekundy elektroosadzania chromu, aby uzyskać jasną powierzchnię o grubości 0,0002 mm.

-Szybkie elektroosadzanie metalu daje czarne i szorstkie powierzchnie. Powolne osadzanie elektrolityczne zapewnia gładkie powierzchnie. „Puszki blaszane” są pokryte stalą cyną za pomocą elektrolizy. Czasem puszki te są chromowane w ułamku sekundy z grubością wyjątkowo cienkiej warstwy chromu.

Referencje

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning.
2. eMedical Prep. (2018). Zastosowania elektrolizy. Źródło: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Ogniwo elektrolityczne. Źródło: en.wikipedia.org
4. Prof. Shapley P. (2012). Ogniwa galwaniczne i elektrolityczne. Źródło: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Research Web. (s.f.). Komórki elektrolityczne Źródło: chemed.chem.purdue.edu