ELEKTROLYTICKÝ ČLÁNOK: ČASTI, AKO TO FUNGUJE A APLIKÁCIE - CHÉMIA - 2025

Elektrolyzér je médium, na ktoré sa použije energie alebo elektrický prúd, vykonávať non-spontánny oxid-redukčný reakciu. Pozostáva z dvoch elektród: anódy a katódy.

Pri anóde (+) dochádza k oxidácii, pretože v tomto mieste niektoré prvky alebo zlúčeniny strácajú elektróny; zatiaľ čo v katóde (-) je redukcia, pretože v nej niektoré prvky alebo zlúčeniny získavajú elektróny.

Zdroj: RodEz2, z Wikimedia Commons

V elektrolytickom článku dochádza k rozkladu niektorých látok, predtým ionizovaných, procesom známym ako elektrolýza.

Aplikácia elektrického prúdu vytvára orientáciu v pohybe iónov v elektrolytickom článku. Pozitívne nabité ióny (katióny) migrujú smerom k nabíjacej katóde (-).

Medzitým záporne nabité ióny (anióny) migrujú smerom k nabitej anóde (+). Tento prenos náboja predstavuje elektrický prúd (horný obrázok). V tomto prípade je elektrický prúd vedený roztokmi elektrolytov, ktoré sú prítomné v nádobe elektrolytického článku.

Faradayov zákon o elektrolýze uvádza, že množstvo látky, ktorá prechádza oxidáciou alebo redukciou na každej elektróde, je priamo úmerné množstvu elektriny, ktorá prechádza bunkou alebo bunkou.

časti

Elektrolytický článok sa skladá z nádoby, v ktorej je uložený materiál, ktorý sa podrobí reakciám vyvolaným elektrickým nábojom.

Nádoba má pár elektród, ktoré sú pripojené k jednosmernej batérii. Elektródy, ktoré sa obvykle používajú, sú vyrobené z inertného materiálu, to znamená, že sa nezúčastňujú reakcií.

Ampérmeter môže byť v sérii spojený s batériou na meranie intenzity prúdu pretekajúceho roztokom elektrolytu. Paralelne je tiež umiestnený voltmeter na meranie rozdielu napätia medzi párom elektród.

Ako funguje elektrolytický článok?

Elektrolýza roztaveného chloridu sodného

Roztavený chlorid sodný je výhodnejší ako pevný chlorid sodný, pretože ten nevedie elektrinu. Ióny vibrujú vo vnútri vašich kryštálov, ale nemôžu sa voľne pohybovať.

Katódová reakcia

Na svorky batérie sú pripojené elektródy vyrobené z grafitu, inertného materiálu. Elektróda je pripojená k kladnému pólu batérie a tvorí anódu (+).

Medzitým je druhá elektróda pripojená k zápornému pólu batérie, čím tvorí katódu (-). Keď prúd z batérie prúdi, pozoruje sa toto:

V katóde (-) dochádza k redukcii iónu Na ⁺ , ktorý sa pri získavaní elektrónu transformuje na kovový Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Strieborne biely kovový sodík pláva na povrchu roztaveného chloridu sodného.

Anódová reakcia

Naopak, v anóde (+) oxidácii Cl ^- dochádza iónov , pretože stráca elektróny a je transformovaný do plynného chlóru (Cl ₂ ), čo je proces, ktorý sa prejavuje výskytom v anódou plyne svetlozelená farba. Reakciu, ktorá sa vyskytuje na anóde, je možné načrtnúť takto:

2C ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Tvorba kovového Na a Cl ₂ plyn zo NaCl nie je spontánny proces, ktorý vyžaduje teploty vyššie ako 800º C to nastať. Elektrický prúd dodáva energiu na indikovanú transformáciu, ktorá sa uskutočňuje na elektródach elektrolytického článku.

Elektróny sa spotrebujú na katóde (-) v redukčnom procese a vyrábajú sa na anóde (+) počas oxidácie. Preto elektróny tečú cez vonkajší obvod elektrolytického článku z anódy na katódu.

Batéria na jednosmerný prúd dodáva elektrónom energiu, ktorá prúdi ne-spontánne z anódy (+) do katódy (-).

Down Cell

Down článok je adaptácia elektrolytického článku opísaného a používaného na priemyselnú výrobu kovového Na a plynného chlóru.

Downov elektrolytický článok má zariadenia, ktoré umožňujú separátny odber kovového sodíka a chlóru. Tento spôsob výroby kovového sodíka je stále veľmi praktický.

Po uvoľnení elektrolýzou sa tekutý kovový sodík vypustí, ochladí a rozreže na bloky. Neskôr sa uchováva v inertnom médiu, pretože sodík môže explozívne reagovať kontaktom s vodou alebo atmosférickým kyslíkom.

Plynný chlór sa v priemysle vyrába hlavne elektrolýzou chloridu sodného lacnejším spôsobom ako výroba kovového sodíka.

aplikácia

Priemyselné syntézy

- V priemysle sa elektrolytické články používajú pri elektrolýze a elektrolytickom pokovovaní rôznych neželezných kovov. Takmer všetok vysoko čistý hliník, meď, zinok a olovo sa priemyselne vyrábajú v elektrolytických článkoch.

- Dusík sa vyrába elektrolýzou vody. Tento chemický postup je tiež použiť na získanie ťažkej vody (D ₂ O).

- Kovy ako Na, K a Mg sa získavajú elektrolýzou roztavených elektrolytov. Elektrolýzou sa tiež získavajú nekovy, ako sú fluoridy a chloridy. Okrem toho, zlúčeniny, ako je NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ a KMnO ₄ sa syntetizujú podľa rovnakého postupu.

Povrchová úprava a rafinácia kovov

- Proces poťahovania horšieho kovu kovom vyššej kvality je známy ako galvanické pokovovanie. Účelom tohto je zabrániť korózii spodného kovu a urobiť ho atraktívnejším. Na elektrolytické pokovovanie sa na tento účel používajú elektrolytické články.

- Čisté kovy sa môžu rafinovať elektrolýzou. V prípade medi sa na katódu umiestňujú veľmi tenké kovové plechy a veľké tyče nečistej medi, ktoré sa majú rafinovať na anóde.

- Použitie dyhovaných predmetov je v spoločnosti bežné. Šperky a riad sú zvyčajne strieborné; zlato je elektrolyticky nanášané na šperky a elektrické kontakty. Mnoho predmetov je na dekoratívne účely pokryté meďou.

- Automobily majú blatníky z chrómovej ocele a ďalšie časti. Chrómovanie automobilového nárazníka trvá iba 3 sekundy chrómovej elektrodepozície, aby sa vytvoril lesklý povrch s hrúbkou 0,0002 mm.

-Ostatná elektrolytická depozícia kovu vytvára čierne a drsné povrchy. Pomalá elektrolytická depozícia vytvára hladké povrchy. "Plechovky" sú vyrobené z ocele potiahnutej cínom elektrolýzou. Niekedy sú tieto plechovky pochrómované za zlomok sekundy, pričom hrúbka vrstvy chrómu je extrémne tenká.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. eMedical Prep. (2018). Aplikácie elektrolýzy. Obnovené z: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolytický článok. Obnovené z: en.wikipedia.org
4. Shapley P. (2012). Galvanické a elektrolytické bunky. Získané z: butane.chem.uiuc.edu
5. Web spoločnosti Bodner Research. (SF). Elektrolytické bunky. Získané z: chemed.chem.purdue.edu