Električni tok v elektrolitih

Električni tok v elektrolitih je vedno povezan s prenosom snovi. V kovinah in polprevodnikih se na primer snov ob prehodu toka skozi njih ne prenaša, ker so v teh medijih elektroni in luknje nosilci toka, v elektrolitih pa se prenašajo. To je zato, ker v elektrolitih pozitivno in negativno nabiti ioni snovi delujejo kot nosilci prostih nabojev, sploh ne kot elektroni ali luknje.

Med elektrolite spadajo staljene spojine mnogih kovin, pa tudi nekatere trdne snovi. Toda glavni predstavniki te vrste prevodnikov, ki se pogosto uporabljajo v tehnologiji, so vodne raztopine anorganskih kislin, baz in soli.

Snov, ko električni tok prehaja skozi elektrolitski medij, se sprosti na elektrodah. Ta pojav se imenuje elektroliza… Ko električni tok teče skozi elektrolit, se pozitivno in negativno nabiti ioni snovi premikajo hkrati v nasprotnih smereh.

Negativno nabiti ioni (anioni) hitijo na pozitivno elektrodo tokovnega vira (anoda), pozitivno nabiti ioni (kationi) pa na njen negativni pol (katoda).

Viri ionov v vodnih raztopinah kislin, baz in soli so nevtralne molekule, od katerih se nekatere pod delovanjem električne sile razcepijo. Ta pojav cepitve nevtralnih molekul imenujemo elektrolitska disociacija. Na primer, bakrov klorid CuCl2 pri disociaciji v vodni raztopini razpade na kloridne ione (negativno nabite) in baker (pozitivno nabite).

Ko elektrodi povežemo z virom toka, začne električno polje delovati na ione v raztopini ali talini, saj se klorovi anioni premaknejo k anodi (pozitivna elektroda), bakrovi kationi pa k katodi (negativna elektroda).

Ko dosežejo negativno elektrodo, se pozitivno nabiti bakrovi ioni nevtralizirajo s presežnimi elektroni na katodi in postanejo nevtralni atomi, ki se odložijo na katodo. Ko negativno nabiti klorovi ioni dosežejo pozitivno elektrodo, med interakcijo s pozitivnim nabojem na anodi oddajo po en elektron. V tem primeru se nastali nevtralni atomi klora združijo v pare in tvorijo molekule Cl2, klor pa se sprosti v obliki plinskih mehurčkov na anodi.

Pogosto postopek elektrolize spremlja interakcija produktov disociacije (to imenujemo sekundarne reakcije), ko produkti razgradnje, sproščeni na elektrodah, medsebojno delujejo s topilom ali neposredno z materialom elektrode. Vzemimo za primer elektrolizo vodne raztopine bakrovega sulfata (bakrov sulfat - CuSO4).V tem primeru bodo elektrode izdelane iz bakra.

Molekula bakrovega sulfata disociira in tvori pozitivno nabit bakrov ion Cu + in negativno nabit sulfatni ion SO4-. Nevtralni bakrovi atomi se odložijo kot trdna usedlina na katodo. Na ta način dobimo kemično čist baker.

Sulfatni ion odda dva elektrona pozitivni elektrodi in postane nevtralni radikal SO4, ki takoj reagira z bakrovo anodo (sekundarna anodna reakcija). Reakcijski produkt na anodi je bakrov sulfat, ki preide v raztopino.

Izkazalo se je, da ko električni tok prehaja skozi vodno raztopino bakrovega sulfata, se bakrova anoda preprosto postopoma raztopi in baker se obori na katodi.V tem primeru se koncentracija vodne raztopine bakrovega sulfata ne spremeni.

Leta 1833 je angleški fizik Michael Faraday med eksperimentalnim delom postavil zakon elektrolize, ki se danes imenuje po njem.

Faradayev zakon vam omogoča, da določite količino primarnih produktov, ki se sprostijo na elektrodah med elektrolizo. Zakon pravi naslednje: "Masa m snovi, ki se sprosti na elektrodi med elektrolizo, je premosorazmerna naboju Q, ki je prešel skozi elektrolit."

Faktor sorazmernosti k v tej formuli se imenuje elektrokemijski ekvivalent.

Masa snovi, ki se med elektrolizo sprosti na elektrodi, je enaka skupni masi vseh ionov, ki so prišli na to elektrodo:

Formula vsebuje naboj q0 in maso m0 iona ter naboj Q, ki je šel skozi elektrolit.N je število ionov, ki so prispeli na elektrodo, ko je naboj Q šel skozi elektrolit.Zato se razmerje med maso iona m0 in njegovim nabojem q0 imenuje elektrokemijski ekvivalent k.

Ker je naboj iona številčno enak zmnožku valence snovi in ​​osnovnega naboja, lahko kemijski ekvivalent predstavimo v naslednji obliki:

Kjer je: Na Avogadrova konstanta, M molska masa snovi, F Faradayeva konstanta.

Pravzaprav lahko Faradayevo konstanto definiramo kot količino naboja, ki mora preiti skozi elektrolit, da sprosti en mol monovalentne snovi na elektrodi. Faradayev zakon elektrolize ima potem obliko:

Pojav elektrolize se pogosto uporablja v sodobni proizvodnji. Na primer, aluminij, baker, vodik, manganov dioksid in vodikov peroksid se industrijsko proizvajajo z elektrolizo. Veliko kovin se pridobiva iz rud in predeluje z elektrolizo (elektrorafinacija in elektroekstrakcija).

Tudi zahvaljujoč elektrolizi, kemični viri toka… Elektrolizo uporabljamo pri čiščenju odpadne vode (elektroekstrakcija, elektrokoagulacija, elektroflotacija). Veliko snovi (kovine, vodik, klor itd.) pridobivamo z elektrolizo za galvanizacijo in galvanizacijo.

Poglej tudi:Proizvodnja vodika z elektrolizo vode – tehnologija in oprema