Elektrolīze

Vikipēdijas raksts

Elektrolīze ir ķīmisks process, kas norisinās pie elektrodiem anoda un katoda, ja caur elektrolīta šķīdumu vai kausējumu plūst strāva, kā rezultātā vielas tiek sadalītas ķīmiskajos elementos un ķīmisko elementu salikumos.

Satura rādītājs

[izmainīt šo sadaļu] Elektrolīzes būtība

Elektrolīzes process
Elektrolīzes process

Līdzstrāva ir daudz spēcīgāks oksidētājs un reducētājs nekā ķīmiskie reaģenti. Elektrolīze ir oksidēšanās-reducēšanās process, kas nozīmē, ka

  • katjons -, kas ir pozitīvi lādēts jons, tātad ar elektronu iztrūkumu, dodas pie negatīvi lādētā katoda. Savukārt negatīvais
  • anjons -, kas ir negatīvi lādēts jons, tātad ar elektronu pārpalikumu, dodas pie pozitīvi lādētā anoda. Tādejādi, ja jonam ir elektronu pārpalikums, tad pie anoda notiek
  • oksidēšanās - pozitīvi uzlādētais anods saņem brīvos elektronus no anjona.

Savukārt, ja jonam ir elektronu iztrūkums, tad katjons tiecas saņemt elektronus pie katoda un notiek

  • Reducēšanās - negatīvi uzlādētais katods atdod elektronus katjonam.

[izmainīt šo sadaļu] Elektrolīzes process

[izmainīt šo sadaļu] Kausējumu elektrolīze

Ja izkausē sāļus un sārmus, vai arī tos izšķīdina ūdenī, tie sadalās jonos. Ja caur elektrolītu kausējumiem laiž līdzstrāvu, noris elektrolīze.

Nātrija hlorīda (NaCl) elektrolīze, piemēram, noris šādi.

Pie katoda veidojas metāliskais nātrijs Na^+ + e^- \to Na^0

Pie anoda veidojas hlora molekulas Cl^- - e^- \to Cl^0 Hlors savā starpā veido nepolāro kovalento saiti. Cl^0 + Cl^0 \to Cl_2\uparrow. Pie anoda izdalīto hloru var just pēc smakas.

[izmainīt šo sadaļu] Ūdens šķīdumu elektrolīze

Elektrolizējot ūdeni, iegūst ūdeņradi un skābekli 2H_2O \to 2H_2 + O_2 Pie katoda(-) izdalīsies ūdeņradis 2H_2O + 2 \bar e \to H_2 + 2OH^-

Savukārt pie anoda(+) izdalās skābeklis 2H_2O - 4 \bar e \to O_2 + 4H^+

Elektrolizējot elektrolītu ūdens šķīdumus, rodas problēma noskaidrot, kādi joni dosies pie elektrodiem, jo bez elektrolīta joniem šķīdumā ir arī H+ un OH- joni, taču to var noskaidrot, zinot kādi joni konkrētajos apstākļos ir aktīvāki.

  • Secību, kādā pie katoda reducējas metālu joni, parāda katjonu rinda:
Katjonu rinda
K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, Zn2+, Fe2+, Ni2+, Sn2+, Pb2+, H+, Cu2+, Hg2+, Ag+, Pt4+, Au3+
Ķīmiskā aktivitāte pieaug uz labo pusi ----------------------->


Taču jāņem vērā, ka ir izņēmumi, kad H+ koncentrācija ir maza (kā tas ir neitrālā vidē), pie katoda var reducēties metālu katjoni, kas ir ķīmiski neaktīvāki par ūdeņradi, kas ir raksturīgi niķelēšanā, alvošanā un hromēšanā.

  • Anjonu secība pēc spējas oksidēties sakārto šādā rindā:
Anjonu rinda
I-, Br-, S2-, Cl-, OH-, SO42-, citi skābekli saturoši anjoni
<--------------------- Ķīmiskā aktivitāte pieaug uz kreiso pusi

Tikai ņemot vērā katjonu un anjonu spēju reducēties un oksidēties, mēs varam paredzēt, kā notiks jebkura elektrolīta ūdens šķīduma elektrolīze.

Kā piemēru mēs varam apskatīt hroma(II) sulfāta ūdens šķīduma elektrolīzes (neitrālā vidē) summāro vienādojumu: CrSO_4 + H_2O \to Cr + O_2\uparrow + H_2SO_4 Tā kā vide ir neitrāla un H+ jonu ir maz, tad, neskatoties uz tabulu, reducējās hroma joni, kuru koncentrācija ir liela.

[izmainīt šo sadaļu] Elektrolīzes izmantošana

Ar elektrolīzes palīdzību iegūst dažādas vienkāršas vielas:

un saliktas vielas:

Reālajā dzīvē kosmosa stacijas var izmantot ūdeni, kas veidojies kosmosa kuģa degvielas tvertnē, un ražot papildus skābekli, izmantojot elektrolīzes procesu. Enerģiju elektrolīzes procesam šajā gadījumā var iegūt ar saules bateriju palīdzību.