ЕЛЕКТРОЛІТИЧНА КОМІРКА: ДЕТАЛІ, СПОСІБ ЇЇ РОБОТИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Електролітична комірка являє собою середовище , де енергія або електричний струм використовується для виконання без спонтанної реакції оксиду-відновлення. Він складається з двох електродів: анода і катода.

На аноді (+) відбувається окислення, оскільки в цьому місці деякі елементи або сполуки втрачають електрони; перебуваючи в катоді (-), відновлення, оскільки в ньому деякі елементи або сполуки отримують електрони.

Джерело: Автор RodEz2, з Wikimedia Commons

В електролітичній комірці розкладання деяких речовин, раніше іонізованих, відбувається шляхом процесу, відомого як електроліз.

Застосування електричного струму виробляє орієнтацію в русі іонів в електролітичній комірці. Позитивно заряджені іони (катіони) мігрують у бік зарядного катода (-).

Тим часом негативно заряджені іони (аніони) мігрують у бік зарядженого анода (+). Ця передача заряду являє собою електричний струм (верхнє зображення). У цьому випадку електричний струм проводиться розчинами електролітів, присутніх в ємності електролітичної комірки.

Закон електролізу Фарадея зазначає, що кількість речовини, яка піддається окисленню або відновлення на кожному електроді, прямо пропорційна кількості електроенергії, яка проходить через клітинку або клітинку.

Частини

Електролітична комірка складається з ємності, в яку осідає матеріал, який пройде реакції, викликані електричним зарядом.

У контейнері є пара електродів, які підключені до акумулятора постійного струму. Електроди, які зазвичай використовуються, виготовлені з інертного матеріалу, тобто вони не беруть участі в реакціях.

Амперметр можна послідовно підключити до акумулятора для вимірювання інтенсивності струму, що протікає через розчин електроліту. Також паралельно розміщують вольтметр для вимірювання різниці напруги між парою електродів.

Як працює електролітична комірка?

Електроліз розплавленого хлориду натрію

Розплавлений хлорид натрію є кращим перед твердим хлоридом натрію, оскільки останній не проводить електрику. Іони вібрують у ваших кристалах, але вони не вільні рухатися.

Катодна реакція

Електроди з графіту, інертного матеріалу, підключаються до клем акумулятора. Електрод підключається до позитивного клеми акумулятора, що становить анод (+).

Тим часом інший електрод підключений до негативного клему акумулятора, що становить катод (-). Коли струм тече від акумулятора, спостерігається таке:

У катоді (-) відбувається відновлення іона Na ⁺ , який при набутті електрона перетворюється на металевий Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Сріблясто-білий металевий натрій плаває поверх розплавленого хлориду натрію.

Анодна реакція

Навпаки, в аноді (+) відбувається окислення іона Cl ^- , оскільки він втрачає електрони і перетворюється на газ хлору (Cl ₂ ) - процес, що проявляється появою в аноді газу блідо-зеленого кольору. Реакцію, що відбувається на аноді, можна окреслити так:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Утворення металевих газів Na та Cl ₂ з NaCl не є спонтанним процесом, вимагаючи температури, що перевищує 800ºC. Електричний струм подає енергію так, що зазначене перетворення відбувається на електродах електролітичної комірки.

Електрони споживаються на катоді (-) в процесі відновлення і виробляються на аноді (+) під час окислення. Тому електрони протікають по зовнішньому ланцюгу електролітичної комірки від анода до катода.

Акумулятор постійного струму постачає енергію для електронів, що надходять спонтанно з анода (+) на катод (-).

Down Cell

Клітина Дауна - це адаптація електролітичної комірки, описаної та використовується для промислового виробництва металевого Na та хлорного газу.

Електролітична камера Дауна має пристрої, які дозволяють роздільно збирати металевий газ натрію та хлору. Цей спосіб отримання металевого натрію все ще дуже практичний.

Після виділення електролізом рідкий металевий натрій зливають, охолоджують і розрізають на блоки. Пізніше він зберігається в інертному середовищі, оскільки натрій може реагувати вибухонебезпечно при контакті з водою або атмосферним киснем.

Газ хлору виробляється в промисловості переважно електролізом хлориду натрію менш дорогим способом, ніж виробництво металевого натрію.

Програми

Промислові синтези

-У промисловості електролітичні осередки застосовуються при електроочищенні та гальваніці різних кольорових металів. Майже всі алюміній, мідь, цинк та свинець високої чистоти виробляються промислово в електролітичних камерах.

-Відводень утворюється електролізом води. Ця хімічна процедура також використовується при отриманні важкої води (D ₂ O).

-Метали, такі як Na, K і Mg, отримують електролізом розплавлених електролітів. Також неметали, такі як фториди та хлориди, отримують електролізом. Крім того, такі сполуки, як NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ та KMnO ₄ , синтезуються за тією ж процедурою.

Покриття та рафінування металів

-Процес нанесення покриття неповноцінним металом з більш високою якістю металу відомий як гальванічне покриття. Мета цього - запобігти корозії нижнього металу та зробити його більш привабливим. Для цього використовують електролітичні клітини при гальванічному покритті.

-Нечисті метали можуть бути очищені електролізом. Що стосується міді, на катоді розміщують дуже тонкі листи металу, а на аноді - великі бруски нечистої міді.

-Використання шпонованих предметів поширене в суспільстві. Ювелірні вироби та посуд зазвичай срібні; золото електроосаджується на ювелірні та електричні контакти. Багато предметів покриті міддю для декоративних цілей.

-В автомобілях є хромовані сталеві крила та інші деталі. Хромоване покриття автомобільного бампера займає лише 3 секунди хромованого електроосадження для отримання блискучої поверхні товщиною 0,0002 мм.

-Швидке електроосадження металу створює чорні та шорсткі поверхні. Повільне електроосадження створює гладкі поверхні. "Олов'яні банки" виготовлені із сталі, покритої оловом шляхом електролізу. Іноді ці банки хромуються за частку секунди, товщина шару хрому надзвичайно тонка.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання.
2. eMedical Prep. (2018). Застосування електролізу. Відновлено з: emedicalprep.com
3. Вікіпедія. (2018). Електролітична клітина. Відновлено з: en.wikipedia.org
4. Проф. Шаплі П. (2012). Гальванічні та електролітичні клітини. Відновлено з: butane.chem.uiuc.edu
5. Веб-дослідження Боднера. (sf). Електролітичні клітини. Відновлено з: chemed.chem.purdue.edu