ЕЛЕКТРОЛИТИЧНА КЛЕТКА: ЧАСТИ, КАК РАБОТИ И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2024

В електролитната клетка е средно където енергия или електрически ток се използва за извършване на не-спонтанна реакция оксид-редукция. Състои се от два електрода: анод и катод.

На анода (+) настъпва окисляване, тъй като на това място някои елементи или съединения губят електрони; докато в катода (-) намаляването, тъй като в него някои елементи или съединения получават електрони.

Източник: От RodEz2, от Wikimedia Commons

В електролитичната клетка разграждането на някои вещества, по-рано йонизирани, се осъществява чрез процес, известен като електролиза.

Прилагането на електрическия ток създава ориентация в движението на йоните в електролитната клетка. Положително заредените йони (катиони) мигрират към зареждащия катод (-).

Междувременно отрицателно заредените йони (аниони) мигрират към заредения анод (+). Този пренос на заряд представлява електрически ток (горно изображение). В този случай електрическият ток се провежда от разтвори на електролити, присъстващи в контейнера на електролитната клетка.

Законът за електролиза на Фарадей гласи, че количеството вещество, което се подлага на окисляване или редукция при всеки електрод, е пряко пропорционално на количеството електричество, което преминава през клетката или клетката.

Части

Електролитичната клетка е съставена от контейнер, в който се отлага материалът, който ще претърпи реакциите, предизвикани от електрическия заряд.

Контейнерът има чифт електроди, които са свързани към батерия с постоянен ток. Електродите, които обикновено се използват, са направени от инертен материал, тоест те не участват в реакциите.

Един амперметър може да бъде свързан последователно с батерията, за да се измери интензитетът на тока, протичащ през електролитния разтвор. Също така, волтметър се поставя успоредно за измерване на разликата в напрежението между двойката електроди.

Как работи електролитичната клетка?

Електролиза на разтопен натриев хлорид

Разтопеният натриев хлорид е предпочитан пред твърдия натриев хлорид, тъй като последният не провежда електричество. Йоните вибрират във вашите кристали, но те не са свободни да се движат.

Катодна реакция

Електродите, изработени от графит, инертен материал, са свързани към клемите на акумулатора. Електродът е свързан към положителния извод на батерията, съставляващ анода (+).

Междувременно другият електрод е свързан към отрицателния извод на акумулатора, съставляващ катода (-). Когато токът тече от батерията, се наблюдава следното:

В катода (-) има намаляване на Na ⁺ йона, който при получаване на електрон се трансформира в метален Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Сребристо-белият метален натрий плува върху разтопения натриев хлорид.

Анодна реакция

Напротив, в анода (+) настъпва окисляването на Cl ^- йона, тъй като той губи електрони и се трансформира в газ хлор (Cl ₂), процес, който се проявява чрез появата в анода на газ от бледозелен цвят. Реакцията, която протича на анода, може да бъде очертана, както следва:

2Cl ^- => Cl ₂ (г) + 2 е ^-

Образуването на метален Na и Cl ₂ газ от NaCl не е спонтанен процес, който изисква температури по-високи от 800º С, за да се случи. Електрическият ток доставя енергия за посочената трансформация, която да се извърши при електродите на електролитната клетка.

Електроните се консумират на катода (-) в процеса на редукция и се получават на анода (+) по време на окисляване. Следователно, електроните протичат през външната верига на електролитната клетка от анода към катода.

Батерията с постоянен ток доставя енергията на електроните да протичат спонтанно от анода (+) към катода (-).

Down Cell

Клетката „Даун“ е адаптация на електролитната клетка, описана и използвана за промишлено производство на метален Na и хлорен газ.

Електролитичната клетка на Даун има устройства, които позволяват отделно събиране на метален газ натрий и хлор. Този метод за производство на метален натрий все още е много практичен.

След като се освободи чрез електролиза, течният метален натрий се изцежда, охлажда и се нарязва на блокове. По-късно той се съхранява в инертна среда, тъй като натрият може да реагира експлозивно при контакт с вода или атмосферен кислород.

Хлорният газ се произвежда в промишлеността главно чрез електролиза на натриев хлорид при по-евтин процес от производството на метален натрий.

Приложения

Промишлени синтези

-В индустрията електролитичните клетки се използват при електроочистването и галванопластиката на различни цветни метали. Почти всички алуминий, мед, цинк и олово с висока чистота се произвеждат индустриално в електролитични клетки.

-Водородът се получава чрез електролиза на водата. Тази химическа процедура се използва и за получаване на тежка вода (D ₂ O).

-Метали като Na, K и Mg се получават чрез електролиза на разтопени електролити. Също така неметали като флуориди и хлориди се получават чрез електролиза. Освен това, съединения, такива като NaOH, КОН, Na ₂ СО ₃ и калиев перманганат ₄ са синтезирани по същата процедура.

Покритие и рафиниране на метали

-Процесът на покриване на по-нисък метал с по-висококачествен метал е известен като галванопластика. Целта на това е да предотврати корозия на долния метал и да го направи по-привлекателен. Електролитичните клетки се използват при галванопластика за тази цел.

-Нечистите метали могат да бъдат рафинирани чрез електролиза. В случая на мед, на катода се поставят много тънки метални листове, а на анода - големи пръти от нечистата мед.

-Употребата на фурнировани предмети е често срещана в обществото. Бижутата и приборите за хранене обикновено са сребърни; златото е електроосадено на бижута и електрически контакти. Много предмети са покрити с мед за декоративни цели.

-Колите имат хром стоманени калници и други части. Хромираното покритие на бронята за автомобил отнема само 3 секунди хромирано електроосаждане, за да се получи блестяща повърхност с дебелина 0,0002 мм.

-Бързото електроосаждане на метал произвежда черни и грапави повърхности. Бавното електроосаждане произвежда гладки повърхности. „Калаените кутии“ са направени от стомана, покрита с калай чрез електролиза. Понякога тези кутии се хромират в части от секундата, като дебелината на хромирания слой е изключително тънка.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Обучение.
2. eMedical Prep. (2018). Приложения на електролиза. Възстановена от: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Електролитична клетка. Възстановено от: en.wikipedia.org
4. Проф. Шапли П. (2012). Галванични и електролитични клетки. Възстановено от: butane.chem.uiuc.edu
5. Изследователска мрежа в Bodner. (SF). Електролитични клетки. Възстановени от: chemed.chem.purdue.edu