ELEKTROLYTISK CELLE: DELE, HVORDAN DET FUNGERER OG APPLIKATIONER - KEMI - 2025

Den elektrolytiske celle er et medium, hvor energi eller en elektrisk strøm bruges til at udføre en ikke-spontan oxidreduktionsreaktion. Det består af to elektroder: anoden og katoden.

Ved anoden (+) forekommer oxidation, da nogle elementer eller forbindelser på dette sted mister elektroner; mens det er i katoden (-), er reduktionen, da nogle elementer eller forbindelser i den får elektroner.

Kilde: Af RodEz2 fra Wikimedia Commons

I den elektrolytiske celle sker nedbrydningen af ​​nogle af de tidligere ioniserede stoffer gennem en proces, der kaldes elektrolyse.

Påføringen af ​​den elektriske strøm frembringer en retning i bevægelsen af ​​ioner i den elektrolytiske celle. Positivt ladede ioner (kationer) migrerer mod opladningskatoden (-).

I mellemtiden migrerer de negativt ladede ioner (anioner) mod den ladede anode (+). Denne ladningsoverførsel udgør en elektrisk strøm (øverste billede). I dette tilfælde ledes den elektriske strøm af opløsninger af elektrolytter, der er til stede i beholderen til den elektrolytiske celle.

Faradays lov om elektrolyse siger, at den mængde stof, der gennemgår oxidation eller reduktion ved hver elektrode, er direkte proportional med mængden af ​​elektricitet, der passerer gennem cellen eller cellen.

Dele

En elektrolytisk celle består af en beholder, hvor det materiale, der vil gennemgå reaktionerne induceret af den elektriske ladning, deponeres.

Beholderen har et par elektroder, der er tilsluttet et jævnstrømsbatteri. Elektroderne, der normalt bruges, er lavet af et inert materiale, dvs. de deltager ikke i reaktionerne.

Et ammeter kan tilsluttes i serie med batteriet for at måle intensiteten af ​​strømmen, der strømmer gennem elektrolytopløsningen. Desuden anbringes et voltmeter parallelt for at måle spændingsforskellen mellem paret af elektroder.

Hvordan fungerer en elektrolytisk celle?

Elektrolyse af smeltet natriumchlorid

Smeltet natriumchlorid foretrækkes frem for fast natriumchlorid, da sidstnævnte ikke leder elektricitet. Iionerne vibrerer inden i dine krystaller, men de er ikke fri til at bevæge sig.

Katodreaktion

Elektroder lavet af grafit, et inert materiale, er forbundet til batteripolerne. En elektrode er forbundet til den positive terminal på batteriet, der udgør anoden (+).

I mellemtiden er den anden elektrode forbundet til den negative terminal på batteriet, der udgør katoden (-). Når strømmen strømmer fra batteriet, observeres følgende:

I katoden (-) er der en reduktion af Na ⁺ -ionen, der når man får et elektron omdannes til metallisk Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Det sølvfarvede metalliske natrium flyder oven på det smeltede natriumchlorid.

Anode-reaktion

Tværtimod, i anoden (+) sker oxidationen af ​​Cl ^- ion, da den mister elektroner og omdannes til klorgas (Cl ₂), en proces, der manifesteres ved udseendet i anoden af ​​en gas fra lysegrøn farve. Reaktionen, der finder sted ved anoden, kan beskrives som følger:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Dannelsen af metallisk Na og Cl ₂ gas fra NaCl er ikke en spontan proces, der kræver højere temperaturer end 800º C i det at forekomme. Den elektriske strøm forsyner energien til den angivne transformation, der skal finde sted ved elektroderne i den elektrolytiske celle.

Elektroner forbruges ved katoden (-) i reduktionsprocessen og produceres ved anoden (+) under oxidation. Derfor strømmer elektroner gennem det ydre kredsløb af den elektrolytiske celle fra anoden til katoden.

Jævnstrømbatteriet forsyner energien til, at elektroner strømmer ikke-spontant fra anoden (+) til katoden (-).

Ned celle

Down-cellen er en tilpasning af den elektrolytiske celle, der er beskrevet og brugt til industriel produktion af metallisk Na- og klorgas.

Downs elektrolytiske celle har enheder, der tillader opsamling separat af metallisk natrium- og klorgas. Denne fremgangsmåde til fremstilling af metallisk natrium er stadig meget praktisk.

Når den flydende metalliske natrium er frigivet ved elektrolyse, drænes, afkøles og skæres den i blokke. Senere opbevares det i et inert medium, da natrium kan reagere eksplosivt ved kontakt med vand eller atmosfærisk ilt.

Klorgas produceres i industrien hovedsageligt ved elektrolyse af natriumchlorid i en billigere proces end produktion af metallisk natrium.

Applikationer

Industrielle synteser

-I industrien bruges elektrolytiske celler til elektrofinering og elektroplettering af forskellige ikke-jernholdige metaller. Næsten alt aluminium, kobber, zink og bly med høj renhed produceres industrielt i elektrolytiske celler.

-Hydrogen produceres ved elektrolyse af vand. Denne kemiske procedure anvendes også til opnåelse af tungt vand (D ₂ O).

-Metaller såsom Na, K og Mg opnås ved elektrolyse af smeltede elektrolytter. Ikke-metaller som fluorider og chlorider opnås også ved elektrolyse. Endvidere kan forbindelser, såsom NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ og KMnO ₄ syntetiseres ved den samme fremgangsmåde.

Belægning og raffinering af metaller

-Processen til belægning af et ringere metal med et metal af højere kvalitet kaldes elektroplettering. Formålet med dette er at forhindre korrosion af det nederste metal og gøre det mere attraktivt. Elektrolytiske celler anvendes til elektroplettering til dette formål.

-Impurmetaller kan raffineres ved elektrolyse. I tilfælde af kobber anbringes meget tynde metalplader på katoden og store stænger af det urene kobber, der skal raffineres på anoden.

-Brug af finerede genstande er almindeligt i samfundet. Smykker og service er normalt sølv; guld elektroaflejres på smykker og elektriske kontakter. Mange genstande er dækket med kobber til dekorative formål.

-Bilerne har chromstålskærme og andre dele. Krombelægningen af ​​en bilfanger tager kun 3 sekunder kromelektrodeposition for at producere en 0.0002 mm tyk skinnende overflade.

-Tids elektroaflejring af metal producerer sorte og ru overflader. Langsom elektroaflejring producerer glatte overflader. "Tin dåser" er lavet af stål belagt med tin ved elektrolyse. Undertiden er disse dåser forkromet i en brøkdel af et sekund med tykkelsen af ​​kromlaget ekstremt tynd.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. eMedical Prep. (2018). Anvendelser af elektrolyse. Gendannes fra: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolytisk celle. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Professor Shapley P. (2012). Galvaniske og elektrolytiske celler. Gendannes fra: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Research Web. (Sf). Elektrolytiske celler. Gendannes fra: chemed.chem.purdue.edu