 | Эта статья поднимает множество проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения-шаблоны ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )
|
Электролитическая ячейка использует электрическую энергию для приведения в действие без спонтанного окислительно - восстановительной реакции. Электролитическая ячейка - это разновидность электрохимической ячейки . Он часто используется для разложения химических соединений в процессе, называемом электролизом - греческое слово « лизис» означает распад . Важными примерами электролиза являются разложение воды на водород и кислород , а бокситов - на алюминий и другие химические вещества. Гальваника(например, из меди, серебра, никеля или хрома) выполняется с помощью электролитической ячейки. Электролиз - это метод, в котором используется постоянный электрический ток (DC).
Электролитическая ячейка состоит из трех частей: электролита и двух электродов ( катода и анода ). Электролита , как правило, раствор из воды или других растворителей , в которых растворены ионы. Расплавленные соли, такие как хлорид натрия , также являются электролитами. Под действием внешнего напряжения, приложенного к электродам, ионы в электролите притягиваются к электроду с противоположным зарядом, где могут происходить реакции передачи заряда (также называемые фарадеевскими или окислительно-восстановительными). Только с внешним электрическим потенциалом(то есть напряжение) правильной полярности и достаточной величины может электролитическая ячейка разложить обычно стабильное или инертное химическое соединение в растворе. Предоставляемая электрическая энергия может вызвать химическую реакцию, которая в противном случае не произошла бы самопроизвольно.
Гальванические ячейки по сравнению с электролитическими ячейками [ править ]
В электролитической ячейке ток пропускается через ячейку под действием внешнего напряжения, вызывая протекание в противном случае не спонтанной химической реакции. В гальваническом элементе в результате самопроизвольной химической реакции протекает электрический ток. Равновесная электрохимическая ячейка находится в состоянии между электролитической ячейкой и гальванической ячейкой. Тенденция спонтанной реакции к проталкиванию тока через внешнюю цепь точно уравновешивается внешним напряжением, которое называется противодействующей электродвижущей силой или противодействующей эдс, поэтому ток не течет. Если это противодействующее напряжение увеличивается, ячейка становится электролитической ячейкой, а если оно уменьшается, ячейка становится гальванической ячейкой. [1]
Определения анода и катода зависят от заряда и разряда [ править ]
Майкл Фарадей определил катод ячейки как электрод, к которому катионы (положительно заряженные ионы, такие как ионы серебра Ag+
) поток внутри ячейки, который должен быть уменьшен за счет реакции с электронами (отрицательно заряженными) от этого электрода.
Точно так же он определил анод как электрод, к которому анионы (отрицательно заряженные ионы, такие как ионы хлорида Cl-
) протекают внутри ячейки и окисляются за счет осаждения электронов на электроде.
К внешнему проводу, подключенному к электродам гальванического элемента (или батареи ), образуя электрическую цепь, катод является положительным, а анод - отрицательным. Таким образом, положительный электрический ток течет от катода к аноду через внешнюю цепь в случае гальванического элемента.
Рассмотрим две гальванические ячейки с неравным напряжением. Пометьте положительный и отрицательный электроды каждого из них как P и N соответственно. Поместите их в цепь так, чтобы P около P и N около N, чтобы элементы имели тенденцию направлять ток в противоположных направлениях. Ячейка с более высоким напряжением разряжается, что делает ее гальванической ячейкой, поэтому P - катод, а N - анод, как описано выше. Но ячейка с меньшим напряжением заряжается, что делает ее электролитической ячейкой. В электролитической ячейке отрицательные ионы движутся к P, а положительные - к N. Таким образом, электрод P электролитической ячейки соответствует определению анода, пока электролитическая ячейка заряжается. Точно так же электрод N электролитической ячейки является катодом, пока электролитическая ячейка заряжается.
Использует [ редактировать ]
Как уже отмечалось, вода, особенно когда добавляются ионы (соленая вода или кислая вода), может подвергаться электролизу (подвергаться электролизу). При возбуждении от внешнего источника напряжения H+
ионы текут к катоду, чтобы объединиться с электронами с образованием газообразного водорода в реакции восстановления. Точно так же, ОН-
ионы поступают к аноду, чтобы высвободить электроны и H+
ион для образования газообразного кислорода в реакции окисления.
В расплавленном хлориде натрия при пропускании тока через соль анод окисляет ионы хлорида (Cl-
) в газообразный хлор, выпуская электроны на анод. Аналогичным образом катод восстанавливает ионы натрия (Na+
), которые принимают электроны с катода и осаждаются на катоде в виде металлического натрия.
Растворенный в воде NaCl также может подвергаться электролизу. Анод окисляет ионы хлора (Cl-
), и образуется газ Cl 2 . Однако на катоде вместо ионов натрия, восстанавливаемых до металлического натрия, молекулы воды восстанавливаются до гидроксид-ионов (OH-
) и газообразный водород (H 2 ). Общий результат электролиза - получение газообразного хлора , водорода и водного раствора гидроксида натрия (NaOH).
В промышленных масштабах электролитические ячейки используются при электролитическом рафинировании и электролитическом извлечении некоторых цветных металлов. Практически весь алюминий , медь , цинк и свинец высокой чистоты производятся промышленным способом в электролитических ячейках.
Типы ячеек [ править ]
- Концентрационная ячейка
- Электрохимическая ячейка
- Гальванический элемент
Примечания [ править ]
- ^ Страница 354 Мортимера, Физическая химия, 3-е издание.
Ссылки [ править ]
- Мортимер, Роберт (2008). Физическая химия (3-е изд.). Elsevier Academic Press. ISBN 978-0-12-370617-1.
