Elektrolyse (Norsk)

Elektrolyse er bestått av direkte elektrisk strøm gjennom en elektrolytt, produserer kjemiske reaksjoner på elektrodene og nedbrytning av materialer.

De viktigste komponentene som er nødvendige for å oppnå elektrolyse er en elektrolytt, elektroder, og en ekstern strømkilde. En partisjon (f.eks. en ion-exchange-membran eller en salt bridge), det er valgfritt å holde produktene fra å spre nærheten av det motsatte elektrode.

elektrolytten er en ledende ioniske kjemisk stoff som inneholder frie ioner og bærer elektrisk strøm (f.eks., en ion-gjennomføre polymer, løsning, eller ionisk væske forbindelsen). Hvis ioner er ikke mobile, som i de fleste solid salter, så elektrolyse ikke kan oppstå. En flytende elektrolytt er produsert av:

• Solvation eller reaksjon på en ionisk stoff med et løsemiddel (for eksempel vann) til å produsere mobile ioner
• En ionisk sammensatte smeltet ved å varme

elektrodene er nedsenket atskilt med en avstand slik at strøm flyter mellom dem gjennom elektrolytten og er koblet til strømforsyningen som fullfører den elektriske kretsen., En direkte gjeldende som følger av den strømkilden som driver reaksjonen forårsaker ioner i elektrolytten å bli tiltrukket mot de respektive motsatt ladet elektrode.

Elektroder av metall, grafitt og halvledermaterialet er mye brukt. Valg av passende elektrode avhenger av kjemiske reaksjonen mellom elektroden og elektrolyttforstyrrelser og produksjon kostnadene. Historisk sett, når ikke-reaktiv anoder var ønsket for elektrolyse, grafitt (kalt plumbago i Faraday ‘ s tid) eller platinum ble valgt. De ble funnet å være noen av de minst reaktive materialer for anoder., Platinum svekker svært sakte i forhold til andre materialer, og grafitt forvitrer og kan produsere karbondioksid i vandige løsninger, men som ellers ikke deltar i reaksjonen. Katoder kan være laget av samme materiale, eller de kan være laget av en mer reaktiv ene siden anode slitasjen er større på grunn av oksidasjon ved anoden.

Prosessen med electrolysisEdit

Den viktige prosessen med elektrolyse er utveksling av atomer og ioner ved fjerning eller tillegg av elektroner på grunn av anvendt gjeldende., Ønskede produkter av elektrolyse er ofte i en annen fysisk tilstand fra elektrolytten og kan bli fjernet av fysiske prosesser (f.eks. ved å samle gass over en elektrode eller framskynde et produkt ut av elektrolytt).

mengden av produkter som er proporsjonal med strømmen, og når to eller flere elektrolysecellene som er koblet i serie til samme strømkilde, produkter som er produsert i cellene er proporsjonal til deres tilsvarende vekt. Disse er kjent som Faraday ‘ s lover elektrolyse.

Hver elektrode tiltrekker ioner med motsatt ladning., Positivt ladede ioner (kationer) bevege seg mot den electron-gir (negative) katoden. Negativt ladede ioner (anioner) bevege seg mot den electron-utpakking av (positive) anode. I denne prosessen elektroner er effektivt innført ved katoden som en reaktant og fjernet ved anoden som et produkt. I kjemi, tap av elektroner kalles oksidasjon, mens elektronet får kalles reduksjon.

Når nøytrale atomer eller molekyler, slik som de på overflaten av en elektrode, gevinst eller mister elektroner de blir ioner og kan oppløses i elektrolytten og reagerer med andre ioner.,

Når ioner gevinst eller mister elektroner og blir nøytrale, de kan danne forbindelser som separat fra elektrolytten. Positiv metall ioner som Cu2+ innskudd på katoden i et lag. Vilkårene for dette er galvanisering, electrowinning, og electrorefining.

Når en ion gevinst eller mister elektroner uten å bli nøytral, den elektroniske kostnad er endret i prosessen.

For eksempel, elektrolyse av saltlake produserer hydrogen og klor gasser som boble fra elektrolytten og er samlet inn., Den første samlede reaksjonen er dermed:

2 NaCl + 2 H2O → 2 NaOH + H2 + Cl2

reaksjonen ved anoden resultater i klor gass fra klor-ionene:

2 Cl− → Cl2 + 2 e−

Den reaksjonen ved katoden resultater i hydrogengass og hydroksidioner:

2 H2O + 2 e− → H2 + 2 OH−

Uten en partisjon mellom elektrodene, OH – − ioner produsert ved katoden er gratis å spre gjennom elektrolytten til anoden., Som elektrolytten blir mer grunnleggende på grunn av produksjon av OH−, mindre Cl2 ut fra den løsningen som det begynner å reagere med hydroxide å produsere hypochlorite ved anoden:

Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H2O

Den mer mulighet til Cl2 har til å samhandle med NaOH i løsningen, jo mindre Cl2 oppstår på overflaten av løsningen og raskere produksjon av hypochlorite utvikler seg. Dette avhenger av faktorer som løsning temperatur, tiden Cl2 molekylet er i kontakt med løsningen, og konsentrasjonen av NaOH.,

på samme måte, som hypochlorite øker i konsentrasjon, chlorates er produsert fra dem:

3 NaClO → NaClO3 + 2 NaCl

Andre reaksjoner, for eksempel self-ionisering av vann og nedbrytning av hypochlorite på katoden, frekvensen av sistnevnte er avhengig av faktorer som diffusjon og arealet av katoden i kontakt med en elektrolytt.,

Nedbrytning potentialEdit

Nedbrytning potensielle eller nedbrytning spenning refererer til den minste spenning (forskjell i elektrode potensielle) mellom anode og katode av en elektrolytisk celle som er nødvendig for elektrolyse til å skje.

spenning på som elektrolyse er thermodynamically foretrukket er forskjellen på elektrodene potensialet som er beregnet ved hjelp av den Nernst ligning. Søker ekstra spenning, referert til som overpotential, kan øke hastigheten av reaksjonen og er ofte nødvendig over termodynamisk verdi., Det er spesielt nødvendig for elektrolyse reaksjoner som involverer gasser, slik som oksygen, hydrogen eller klor.

Oksidasjon og reduksjon i electrodesEdit

Oksidasjon av ioner eller nøytrale molekyler som oppstår ved anoden. Det er For eksempel mulig å oksidere jern ioner til jern-ioner ved anoden:

Fe2+
(aq) → Fe3+
(aq) + e−

Reduksjon av ioner eller nøytrale molekyler skjer ved katoden. Det er mulig å redusere ferricyanide ioner til ferrocyanide ioner ved katoden:

Fe(CN)3-
6 + e− → Fe(CN)4-
6

Nøytrale molekyler kan også reagere på en av elektrodene., For eksempel: s-Benzoquinone kan bli redusert til hydrokinon på katoden:

+ 2 e− + 2 H+ →

I det siste eksempelet, H+ – ioner (hydrogenioner) også ta del i reaksjonen og er gitt av syre i løsningen, eller av løsemiddel i seg selv (vann, metanol, etc.). Elektrolyse reaksjoner som involverer H+ – ioner er ganske vanlig i sure løsninger. I vandig alkaliske løsninger, reaksjoner som involverer OH− (hydroksid-ioner) er vanlig.

noen Ganger løsemidler seg (som regel vann) er oksidert eller redusert på elektroder., Det er også mulig å ha elektrolyse involverer gasser, f.eks. ved hjelp av en gass diffusjon elektrode.

Energi endringene under electrolysisEdit

mengden av elektrisk energi som må legges tilsvarer endringen i Gibbs fri energi av reaksjonen pluss tap i systemet. Tapene kan (i teorien) kan bli utsatt for vilkårlig nær null, slik at den maksimale termodynamisk virkningsgrad lik entalpi endre delt av fri energi endring av reaksjonen., I de fleste tilfeller, elektrisk input, er større enn entalpi endring av reaksjonen, så noen energien frigjøres i form av varme. I noen tilfeller, for eksempel i elektrolyse av damp i hydrogen og oksygen ved høy temperatur, det motsatte er sant og varme energi blir absorbert. Denne varmen absorberes fra omgivelsene, og oppvarming verdi av produsert hydrogen er høyere enn elektrisk inngang.

VariationsEdit

Pulserende strøm resultater i forskjellige produkter fra DC., For eksempel, pulserende øker forhold av ozon til oksygen produsert ved anoden i elektrolyse av en vandig sure løsninger som fortynnet svovelsyre. Elektrolyse av etanol med pulserende nåværende utvikler seg et aldehyd i stedet for å først og fremst en syre.

i Slekt techniqueEdit

følgende teknikker er knyttet til elektrolyse:

• Elektrokjemiske celler, herunder hydrogen fuel cell, bruker forskjeller i Standard elektrode potensial til å generere et elektrisk potensial, som gir nyttig makt., Selv om knyttet til samhandling av ioner og elektroder, elektrolyse og drift av elektrokjemiske celler er ganske forskjellig. Imidlertid, en kjemisk celle bør ikke bli sett på som utfører elektrolyse i revers.