Superprof Електролиза и електрохимични генератори

20 май 2019 г., 7 минути време за четене

Електролиза

Малко история

През 1800 г. първата електролиза е извършена от двама химици от Лондон, Уилям Никълсън и сър Антъни Карлайл. Те извършват електролиза на водата.

Електролизата включва две редокс двойки. Това ги кара да реагират в обратна посока на естествената реакция посредством електрически ток, който носи енергията, необходима за реакцията.

Електролизаторът е устройство, състоящо се от контейнер, съдържащ йонен разтвор, в който са потопени два електрода.

Определение за електролиза

Електролизата е химическа операция, чиято цел е да разгради различни материали. Например, когато разтворът съдържа материал, към него ще се добави разтворител, така че неговите йони да се разграждат. След това тази смес се потапя във вана, в която са интегрирани анод и катод, след което преминава ток през банята.

Електроди

Електродите се поляризират веднага щом тече токът:

Анодът е електродът, през който токът тече в системата. Следователно електроните излизат. Има окисление на редуциращия агент. Свързан е с + полюса на генератора.
Катодът е електродът, през който излиза токът, т.е. през който влизат електроните. Там се случва. Той е свързан с полюса на генератора.

В резервоар за електролиза токът преминава през йонната течност, преминаваща от положителния извод, катода, към отрицателния извод, анода.

За разлика от батериите, видени в главата за стандартния потенциал, устройството за електролиза не е поляризирано от редокс двойките, а по-скоро от генератора, свързан към неговите клеми.

Електролитът е проводимата среда, йонният разтвор, в който се къпят аниони и катиони.
Анионите на електролита мигрират към електрода, свързан към + полюса (анода) и понякога претърпяват реакция на окисление там.
Катионите от електролита мигрират към електрода, свързан към полюса (т.е. катода), където могат да претърпят редукция.

И накрая, може да има окисляване или редукция на водата (вижте двойките редокс вода по-долу).

Следователно потенциалните участници в електронния обмен са:

положителните или отрицателните йони на електролитната баня
молекулите на разтворителя
материалите, съставляващи електродите

Редокс двойки вода

H2O може да претърпи редукция на катода на електролизатора.

В кисела среда участващата двойка е H +/H2O съгласно следното уравнение: 2 H + + 2 e - → H 2
В основна среда участващата двойка е H2O/H2 съгласно следното уравнение: 2 H2 O + 2 e - → H2 + 2 O H -

H2O може да претърпи окисление в анода на електролизатора:

в кисела среда участващата редокс двойка е: O2/H2O съгласно следното уравнение: H2 O → 1/2 O2 + 2 H + + 2 e -
в основна среда участващата двойка е: O2/OH- съгласно следното уравнение: 2 O H - → 1/2 O2 + 2 H2 O + 2 e

Въпреки че в разтвора присъстват няколко йонни вида от всеки знак,

окислителят с най-висок редокс потенциал е редуциран на катода.
Редуциращият агент с най-нисък редокс потенциал се окислява в анода

Следователно имаме реакция, която е противоположна на гама правилото.

За това е необходимо да се предостави f.e.m. за да се противопостави на този, който се проявява естествено. Всъщност реакциите на електролиза, протичащи в посока, обратна на естествената, нейните продукти са именно реагентите на естествената реакция. Необходимо е да се осигури напрежение, което пречи на последното да се осъществи.
Всъщност, тъй като продуктите се образуват чрез електролиза, естествената реакция има тенденция да ги унищожи и да създаде напрежение, противоположно на подаваното. Следователно трябва да се избягва чрез осигуряване на достатъчно напрежение.

Тази диаграма представлява анод в електрическа верига. Това е отрицателният терминал.

F.e.m. на използвания генератор трябва да е по-голямо от f.e.m. на батерията, която ще бъде монтирана от двете използвани редокс двойки. Генераторът вижда своите полярности обърнати в сравнение с това, което би било това на стека, създаден от двата стека. Електролизата ще се извърши от f.e.m. на генератора, по-голяма или равна на разликата в потенциалите на двете редокс двойки.

ВНИМАНИЕ: често се случва тези правила да са дефектни, особено защото теоретичните реакции са бавни реакции или защото изискват пренапрежение в сравнение с очакваното.