- Teile
- Wie funktioniert eine Elektrolysezelle?
- Elektrolyse von geschmolzenem Natriumchlorid
- Kathodenreaktion
- Anodenreaktion
- Down Cell
- Anwendungen
- Industrielle Synthesen
- Beschichten und Raffinieren von Metallen
- Verweise
Die Elektrolysezelle ist ein Medium, in dem Energie oder elektrischer Strom verwendet wird, um eine nicht spontane Oxidreduktionsreaktion durchzuführen. Es besteht aus zwei Elektroden: der Anode und der Kathode.
An der Anode (+) tritt Oxidation auf, da an dieser Stelle einige Elemente oder Verbindungen Elektronen verlieren; während in der Kathode (-) die Reduktion, da in ihr einige Elemente oder Verbindungen Elektronen gewinnen.
Quelle: Von RodEz2, aus Wikimedia Commons
In der Elektrolysezelle erfolgt die Zersetzung einiger zuvor ionisierter Substanzen durch einen als Elektrolyse bekannten Prozess.
Das Anlegen des elektrischen Stroms erzeugt eine Orientierung in der Bewegung der Ionen in der Elektrolysezelle. Positiv geladene Ionen (Kationen) wandern zur Ladekathode (-).
Währenddessen wandern die negativ geladenen Ionen (Anionen) zur geladenen Anode (+). Diese Ladungsübertragung stellt einen elektrischen Strom dar (oberes Bild). In diesem Fall wird der elektrische Strom durch Elektrolytlösungen geleitet, die im Behälter der Elektrolysezelle vorhanden sind.
Das Faradaysche Gesetz der Elektrolyse besagt, dass die Substanzmenge, die an jeder Elektrode oxidiert oder reduziert wird, direkt proportional zur Elektrizitätsmenge ist, die durch die Zelle oder Zelle fließt.
Teile
Eine Elektrolysezelle besteht aus einem Behälter, in dem sich das Material ablagert, das die durch die elektrische Ladung induzierten Reaktionen durchläuft.
Der Behälter verfügt über ein Elektrodenpaar, das an eine Gleichstrombatterie angeschlossen ist. Die üblicherweise verwendeten Elektroden bestehen aus einem inerten Material, dh sie nehmen nicht an den Reaktionen teil.
Ein Amperemeter kann in Reihe mit der Batterie geschaltet werden, um die Intensität des durch die Elektrolytlösung fließenden Stroms zu messen. Außerdem wird ein Voltmeter parallel geschaltet, um die Spannungsdifferenz zwischen dem Elektrodenpaar zu messen.
Wie funktioniert eine Elektrolysezelle?
Elektrolyse von geschmolzenem Natriumchlorid
Geschmolzenes Natriumchlorid ist festem Natriumchlorid vorzuziehen, da dieses keine Elektrizität leitet. Die Ionen vibrieren in Ihren Kristallen, aber sie können sich nicht frei bewegen.
Kathodenreaktion
Elektroden aus Graphit, einem inerten Material, werden an die Batterieklemmen angeschlossen. Eine Elektrode ist mit dem Pluspol der Batterie verbunden und bildet die Anode (+).
Währenddessen ist die andere Elektrode mit dem Minuspol der Batterie verbunden und bildet die Kathode (-). Wenn der Strom aus der Batterie fließt, wird Folgendes beobachtet:
In der Kathode (-) kommt es zu einer Reduktion des Na + -Ions , das beim Gewinn eines Elektrons in metallisches Na umgewandelt wird:
Na + + e - => Na (l)
Das silberweiße metallische Natrium schwimmt auf dem geschmolzenen Natriumchlorid.
Anodenreaktion
Im Gegensatz dazu findet in der Anode (+) die Oxidation des Cl - Ions statt , da es Elektronen verliert und in Chlorgas (Cl 2 ) umgewandelt wird, ein Prozess, der sich durch das Auftreten eines Gases in der Anode von manifestiert hellgrüne Farbe. Die an der Anode ablaufende Reaktion kann wie folgt umrissen werden:
2Cl - => Cl 2 (g) + 2 e -
Die Bildung von metallischem Na- und Cl 2 -Gas aus NaCl ist kein spontaner Prozess, für dessen Auftreten Temperaturen über 800 ° C erforderlich sind. Der elektrische Strom liefert die Energie für die angegebene Umwandlung, die an den Elektroden der Elektrolysezelle stattfinden soll.
Während des Reduktionsprozesses werden an der Kathode (-) Elektronen verbraucht und während der Oxidation an der Anode (+) erzeugt. Daher fließen Elektronen durch den externen Stromkreis der Elektrolysezelle von der Anode zur Kathode.
Die Gleichstrombatterie liefert die Energie, damit Elektronen nicht spontan von der Anode (+) zur Kathode (-) fließen.
Down Cell
Die Down-Zelle ist eine Adaption der beschriebenen und zur industriellen Herstellung von metallischem Na- und Chlorgas verwendeten Elektrolysezelle.
Die Elektrolysezelle von Down verfügt über Vorrichtungen, mit denen metallisches Natrium- und Chlorgas getrennt gesammelt werden kann. Dieses Verfahren zur Herstellung von metallischem Natrium ist immer noch sehr praktisch.
Sobald es durch Elektrolyse freigesetzt ist, wird das flüssige metallische Natrium abgelassen, abgekühlt und in Blöcke geschnitten. Später wird es in einem inerten Medium gelagert, da Natrium durch Kontakt mit Wasser oder Luftsauerstoff explosionsartig reagieren kann.
Chlorgas wird in der Industrie hauptsächlich durch Elektrolyse von Natriumchlorid in einem kostengünstigeren Verfahren als die Herstellung von metallischem Natrium hergestellt.
Anwendungen
Industrielle Synthesen
- In der Industrie werden Elektrolysezellen zur Galvanisierung und Galvanisierung verschiedener Nichteisenmetalle eingesetzt. Fast alle hochreinen Aluminium-, Kupfer-, Zink- und Bleiprodukte werden industriell in Elektrolysezellen hergestellt.
-Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser erzeugt. Dieses chemische Verfahren wird auch zur Gewinnung von schwerem Wasser (D 2 O) angewendet .
-Metalle wie Na, K und Mg werden durch Elektrolyse von geschmolzenen Elektrolyten erhalten. Auch Nichtmetalle wie Fluoride und Chloride werden durch Elektrolyse erhalten. Weiterhin werden Verbindungen wie NaOH, KOH, Na 2 CO 3 und KMnO 4 nach dem gleichen Verfahren synthetisiert.
Beschichten und Raffinieren von Metallen
-Das Verfahren zum Beschichten eines minderwertigen Metalls mit einem Metall höherer Qualität wird als Galvanisieren bezeichnet. Dies dient dazu, Korrosion des unteren Metalls zu verhindern und es attraktiver zu machen. Zu diesem Zweck werden beim Galvanisieren elektrolytische Zellen verwendet.
- Unreine Metalle können durch Elektrolyse raffiniert werden. Im Falle von Kupfer werden sehr dünne Metallbleche auf die Kathode gelegt und große Stäbe des unreinen Kupfers auf der Anode verfeinert.
-Die Verwendung von furnierten Gegenständen ist in der Gesellschaft üblich. Schmuck und Geschirr sind normalerweise Silber; Gold wird auf Schmuck und elektrischen Kontakten galvanisch abgeschieden. Viele Gegenstände sind zu Dekorationszwecken mit Kupfer bedeckt.
-Die Autos haben Kotflügel aus Chromstahl und andere Teile. Die Verchromung einer Autostoßstange dauert nur 3 Sekunden, um eine glänzende Oberfläche mit einer Dicke von 0,0002 mm zu erzeugen.
- Schnelle galvanische Abscheidung von Metall erzeugt schwarze und raue Oberflächen. Langsame galvanische Abscheidung erzeugt glatte Oberflächen. Die "Blechdosen" bestehen aus Stahl, der durch Elektrolyse mit Zinn beschichtet ist. Manchmal werden diese Dosen im Bruchteil einer Sekunde verchromt, wobei die Dicke der Chromschicht extrem dünn ist.
Verweise
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- eMedical Prep. (2018). Anwendungen der Elektrolyse. Wiederhergestellt von: emedicalprep.com
- Wikipedia. (2018). Elektrolysezelle. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
- Prof. Shapley P. (2012). Galvanische und elektrolytische Zellen. Wiederhergestellt von: butane.chem.uiuc.edu
- Bodner Research Web. (sf). Elektrolysezellen. Wiederhergestellt von: chemed.chem.purdue.edu