CELULA ELECTROLITICĂ: PĂRȚI, MODUL DE FUNCȚIONARE ȘI APLICAȚII - CHIMIE - 2025

Celula electrolitică este un mediu în care energia sau un curent electric este utilizat pentru a efectua o reacție non-spontană oxid-reducere. Este format din doi electrozi: anodul și catodul.

La anod (+) are loc oxidarea, deoarece la acest loc unele elemente sau compuși pierd electroni; în timp ce în catod (-), reducerea, deoarece în ea unele elemente sau compuși câștigă electroni.

Sursa: De RodEz2, de la Wikimedia Commons

În celula electrolitică, descompunerea unor substanțe, anterior ionizate, are loc printr-un proces cunoscut sub numele de electroliză.

Aplicarea curentului electric produce o orientare în mișcarea ionilor în celula electrolitică. Ionii (cationii) încărcați pozitiv migrează spre catodul de încărcare (-).

Între timp, ionii încărcați negativ (anioni) migrează spre anodul încărcat (+). Acest transfer de încărcare constituie un curent electric (imaginea de sus). În acest caz, curentul electric este condus de soluții de electroliți, prezente în recipientul celulei electrolitice.

Legea de electroliză a lui Faraday afirmă că cantitatea de substanță care suferă oxidare sau reducere la fiecare electrod este direct proporțională cu cantitatea de electricitate care trece prin celulă sau celulă.

Părți

O celulă electrolitică este formată dintr-un recipient în care este depus materialul care va suferi reacțiile induse de sarcina electrică.

Recipientul are o pereche de electrozi care sunt conectați la o baterie de curent continuu. Electrozii care sunt folosiți de obicei sunt dintr-un material inert, adică nu iau parte la reacții.

Un ampermetru poate fi conectat în serie cu bateria pentru a măsura intensitatea curentului care curge prin soluția de electrolit. De asemenea, un voltmetru este plasat în paralel pentru a măsura diferența de tensiune între perechea de electrozi.

Cum funcționează o celulă electrolitică?

Electroliza clorurii de sodiu topite

Clorura de sodiu topită este preferată clorurii de sodiu solide, deoarece aceasta din urmă nu conduce electricitate. Ionii vibrează în cristale, dar nu sunt liberi să se miște.

Reacția catodului

Electrozii din grafit, un material inert, sunt conectați la bornele bateriei. Un electrod este conectat la borna pozitivă a bateriei, constituind anodul (+).

Între timp, celălalt electrod este conectat la borna negativă a bateriei, constituind catodul (-). Când curentul curge din baterie, se observă următoarele:

În catod (-) există o reducere a ionului Na ⁺ , care la obținerea unui electron este transformat în Na metalic:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Sodul metalic alb argintiu plutește deasupra clorurii de sodiu topit.

Reacția anodică

Dimpotrivă, în anod (+) oxidarea Cl ^- ion are loc , deoarece pierde electroni și se transformă într - clor gaz (Cl ₂ ), un proces care se manifestă prin apariția în anodul unui gaz de culoare verde pal. Reacția care are loc la anod poate fi conturată după cum urmează:

2CI ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Formarea de Na metalic și Cl ₂ gazul de NaCl nu este un proces spontan, care necesită temperaturi mai mari de 800º C pentru ca acesta să aibă loc. Curentul electric furnizează energia pentru ca transformarea indicată să aibă loc la electrozii celulei electrolitice.

Electronii sunt consumați la catod (-) în procesul de reducere și sunt produși la anod (+) în timpul oxidării. Prin urmare, electronii circulă prin circuitul extern al celulei electrolitice de la anod la catod.

Bateria cu curent continuu furnizează energia pentru ca electronii să curgă nespontan de la anod (+) la catod (-).

Celula în jos

Celula Down este o adaptare a celulei electrolitice descrisă și utilizată pentru producția industrială de gaze metalice Na și clor.

Celula electrolitică Down are dispozitive care permit colectarea separată a gazului metalic de sodiu și clor. Această metodă de a produce sodiu metalic este încă foarte practică.

Odată eliberat prin electroliză, sodiul metalic lichid este scurs, răcit și tăiat în blocuri. Ulterior, este păstrat într-un mediu inert, deoarece sodiul poate reacționa exploziv prin contactul cu apa sau oxigenul atmosferic.

Gazul de clor este produs în industrie în principal prin electroliza clorurii de sodiu într-un proces mai puțin costisitor decât producția de sodiu metalic.

Aplicații

Sinteze industriale

-În industrie, celulele electrolitice sunt utilizate în electrorefinarea și electroplarea diferitelor metale neferoase. Aproape toate aluminiu, cupru, zinc și plumb de înaltă puritate sunt produse industrial în celule electrolitice.

-Hidrogenul este produs prin electroliza apei. Această procedură chimică este de asemenea utilizat în obținerea apei grele (D ₂ O).

-Metale precum Na, K și Mg sunt obținute prin electroliza electroliților topiți. De asemenea, nemetalele precum fluorurile și clorurile sunt obținute prin electroliză. Mai mult decât atât, compuși cum ar fi NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ și KMnO ₄ sunt sintetizați prin aceeași procedură.

Acoperirea și rafinarea metalelor

-Procesul de acoperire a unui metal inferior cu un metal de calitate superioară este cunoscut sub numele de electroplacare. Scopul acestui lucru este de a preveni coroziunea metalului inferior și de a-l face mai atractiv. Celulele electrolitice sunt utilizate în electroplacare în acest scop.

-Metalele impecabile pot fi rafinate prin electroliză. În cazul cuprului, pe catod sunt așezate foi de metal foarte subțiri și tije mari de cupru impur pentru a fi rafinate pe anod.

-Utilizarea articolelor furniruite este frecventă în societate. Bijuteriile și tacâmurile sunt de obicei din argint; aurul este electrodepusit pe bijuterii și contacte electrice. Multe obiecte sunt acoperite cu cupru în scop decorativ.

-Automobilele au aparate de protecție din oțel crom și alte piese. Placarea cromată a unui bara de protecție a mașinii durează doar 3 secunde de electrodepunere cromă pentru a produce o suprafață strălucitoare de 0.0002mm.

-Electrodepunerea rapidă a metalului produce suprafețe negre și aspre. Electrodepunerea lentă produce suprafețe netede. „Bidoile de staniu” sunt realizate din oțel acoperit cu staniu prin electroliză. Uneori aceste cutii sunt placate cu crom într-o fracțiune de secundă, cu grosimea stratului de crom extrem de subțire.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. eMedical Prep. (2018). Aplicații ale electrolizei. Recuperat de la: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Celula electrolitică. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Prof. Shapley P. (2012). Celule galvanice și electrolitice. Recuperat din: butane.chem.uiuc.edu
5. Web de cercetare Bodner. (Sf). Celule electrolitice. Recuperat din: chemed.chem.purdue.edu