Електрична струја у електролитима

Електрична струја у електролитима је увек повезана са преносом материје. У металима и полупроводницима, на пример, материја када струја пролази кроз њих се не преноси, јер су у овим медијима електрони и рупе носиоци струје, али се у електролитима преносе. То је зато што у електролитима позитивно и негативно наелектрисани јони супстанце делују као носиоци слободних наелектрисања, а не електрони или рупе уопште.

Растопљена једињења многих метала, као и неке чврсте материје, припадају електролитима. Али главни представници ове врсте проводника, који се широко користе у технологији, су водени раствори неорганских киселина, база и соли.

Супстанца, када електрична струја прође кроз медијум електролита, ослобађа се на електродама. Ова појава се зове електролиза… Када електрична струја прође кроз електролит, позитивно и негативно наелектрисани јони супстанце крећу се истовремено у супротним смеровима.

Негативно наелектрисани јони (ањони) јуре на позитивну електроду извора струје (аноду), а позитивно наелектрисани јони (катјони) на њен негативни пол (катоду).

Извори јона у воденим растворима киселина, база и соли су неутрални молекули, од којих се неки цепају под дејством примењене електричне силе. Овај феномен цепања неутралних молекула назива се електролитичка дисоцијација. На пример, бакар хлорид ЦуЦл2 се распада при дисоцијацији у воденом раствору на хлоридне јоне (негативно наелектрисане) и бакар (позитивно наелектрисане).

Када су електроде спојене на извор струје, електрично поље почиње да делује на јоне у раствору или топљењу, пошто се ањони хлора крећу ка аноди (позитивна електрода), а катјони бакра ка катоди (негативна електрода).

Када стигну до негативне електроде, позитивно наелектрисани јони бакра неутралишу се вишком електрона на катоди и постају неутрални атоми који се таложе на катоди. Када стигну до позитивне електроде, негативно наелектрисани јони хлора дају по један електрон током интеракције са позитивним наелектрисањем на аноди. У овом случају, формирани неутрални атоми хлора се комбинују у парове и формирају молекуле Цл2, а хлор се ослобађа у облику гасних мехурића на аноди.

Често је процес електролизе праћен интеракцијом производа дисоцијације (ово се назива секундарним реакцијама), када производи распадања који се ослобађају на електродама ступају у интеракцију са растварачем или директно са материјалом електроде. Узмимо, на пример, електролизу воденог раствора бакар сулфата (бакар сулфат — ЦуСО4).У овом примеру, електроде ће бити направљене од бакра.

Молекул бакар сулфата се дисоцира и формира позитивно наелектрисани јон бакра Цу + и негативно наелектрисан сулфат јон СО4-. Неутрални атоми бакра се таложе као чврста наслага на катоди. На овај начин се добија хемијски чист бакар.

Сулфатни јон донира два електрона позитивној електроди и постаје неутрални радикал СО4, који одмах реагује са бакарном анодом (секундарна анодна реакција). Реакциони производ на аноди је бакар сулфат, који прелази у раствор.

Испоставља се да када електрична струја прође кроз водени раствор бакар сулфата, бакарна анода се једноставно постепено раствара и бакар се таложи на катоди.У овом случају, концентрација воденог раствора бакар сулфата се не мења.

Године 1833. енглески физичар Мајкл Фарадеј је током експерименталног рада установио закон електролизе, који је сада назван по њему.

Фарадејев закон вам омогућава да одредите количину примарних производа који се ослобађају на електродама током електролизе. Закон каже следеће: „Маса м супстанце која се ослобађа на електроди током електролизе је директно пропорционална наелектрисању К које је прошло кроз електролит.

Фактор пропорционалности к у овој формули назива се електрохемијски еквивалент.

Маса супстанце која се ослобађа на електроди током електролизе једнака је укупној маси свих јона који су дошли до ове електроде:

Формула садржи наелектрисање к0 и масу м0 јона, као и наелектрисање К које је прошло кроз електролит.Н је број јона који су стигли на електроду када је наелектрисање К прошло кроз електролит.Према томе, однос масе јона м0 и његовог наелектрисања к0 назива се електрохемијски еквивалент к.

Пошто је наелектрисање јона бројчано једнако производу валенције супстанце и елементарног наелектрисања, хемијски еквивалент се може представити у следећем облику:

Где: На је Авогадрова константа, М је моларна маса супстанце, Ф је Фарадејева константа.

У ствари, Фарадејева константа се може дефинисати као количина наелектрисања која мора да прође кроз електролит да би се ослободио један мол моновалентне супстанце на електроди. Фарадејев закон електролизе тада поприма облик:

Феномен електролизе се широко користи у савременој производњи. На пример, алуминијум, бакар, водоник, манган диоксид и водоник пероксид се индустријски производе електролизом. Многи метали се извлаче из руда и обрађују електролизом (електрорафинирање и електроекстракција).

Такође, захваљујући електролизи, хемијски извори струје… Електролиза се користи у третману отпадних вода (електроекстракција, електрокоагулација, електрофлотација). Многе супстанце (метали, водоник, хлор итд.) се добијају електролизом за галванизацију и галванизацију.

Такође видети:Производња водоника електролизом воде — технологија и опрема