ELEKTROLYTICKÝ ČLÁNEK: ČÁSTI, JAK TO FUNGUJE A APLIKACE - CHEMIE - 2025

Elektrolyzér je médium, na které se použije energie nebo elektrický proud, provádět non-spontánní oxid-redukční reakci. Skládá se ze dvou elektrod: anody a katody.

Při anodě (+) dochází k oxidaci, protože v tomto místě některé prvky nebo sloučeniny ztratí elektrony; zatímco v katodě (-), redukce, protože v ní některé prvky nebo sloučeniny získávají elektrony.

Zdroj: RodEz2, z Wikimedia Commons

V elektrolytickém článku dochází k rozkladu některých látek, dříve ionizovaných, procesem známým jako elektrolýza.

Aplikace elektrického proudu vytváří orientaci v pohybu iontů v elektrolytickém článku. Pozitivně nabité ionty (kationty) migrují směrem k nabíjecí katodě (-).

Mezitím negativně nabité ionty (anionty) migrují směrem k nabité anodě (+). Tento přenos náboje představuje elektrický proud (horní obrázek). V tomto případě je elektrický proud veden pomocí roztoků elektrolytů, přítomných v nádobě elektrolytického článku.

Faradayův zákon elektrolýzy uvádí, že množství látky, které podléhá oxidaci nebo redukci na každé elektrodě, je přímo úměrné množství elektřiny, která prochází buňkou nebo buňkou.

Části

Elektrolytický článek je tvořen nádobou, kde je uložen materiál, který se podrobí reakcím vyvolaným elektrickým nábojem.

Nádoba má dvojici elektrod, které jsou připojeny k baterii stejnosměrného proudu. Obvykle používané elektrody jsou vyrobeny z inertního materiálu, to znamená, že se neúčastní reakcí.

Ampérmetr může být zapojen v sérii s baterií pro měření intenzity proudu protékajícího roztokem elektrolytu. Rovněž je paralelně umístěn voltmetr pro měření rozdílu napětí mezi párem elektrod.

Jak funguje elektrolytický článek?

Elektrolýza roztaveného chloridu sodného

Roztavený chlorid sodný je výhodnější než pevný chlorid sodný, protože ten nevede elektřinu. Ionty vibrují ve vašich krystalech, ale nemohou se volně pohybovat.

Katodová reakce

Na svorky baterie jsou připojeny elektrody vyrobené z grafitu, inertního materiálu. Elektroda je připojena k kladnému pólu baterie a tvoří anodu (+).

Mezitím je druhá elektroda připojena k zápornému pólu baterie, tvořící katodu (-). Když proud vytéká z baterie, je pozorováno následující:

V katodě (-) je redukce iontů Na ⁺, která se při získávání elektronů přemění na kovový Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Stříbrně bílý kovový sodík se vznáší na roztaveném chloridu sodném.

Anodová reakce

Naopak v anodě (+) dochází k oxidaci Cl ^- iontu, protože ztrácí elektrony a přeměňuje se na plynný chlor (Cl ₂), což je proces, který se projevuje výskytem v anodě plynu světle zelená barva. Reakci, ke které dochází na anodě, lze nastínit následovně:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Tvorba kovového Na a Cl ₂ plyn ze NaCl není spontánní proces, který vyžaduje teploty vyšší než 800º C to nastat. Elektrický proud dodává energii k uvedené transformaci, která probíhá na elektrodách elektrolytického článku.

Elektrony jsou spotřebovány na katodě (-) v redukčním procesu a jsou produkovány na anodě (+) během oxidace. Proto elektrony protékají vnějším obvodem elektrolytické buňky z anody do katody.

Baterie stejnosměrného proudu dodává energii pro elektrony, které proudí ne-spontánně z anody (+) do katody (-).

Down Cell

Downův článek je adaptace elektrolytického článku popsaného a používaného pro průmyslovou výrobu kovového Na a plynného chloru.

Downův elektrolytický článek má zařízení, která umožňují oddělený sběr kovového sodíku a plynného chloru. Tento způsob výroby kovového sodíku je stále velmi praktický.

Po uvolnění elektrolýzou se tekutý kovový sodík vypustí, ochladí a rozřeže na bloky. Později je uložen v inertním médiu, protože sodík může explozivně reagovat kontaktem s vodou nebo atmosférickým kyslíkem.

Plynný chlor se v průmyslu vyrábí hlavně elektrolýzou chloridu sodného v levnějším procesu než výroba kovového sodíku.

Aplikace

Průmyslové syntézy

- V průmyslu se elektrolytické články používají k elektrolytickému rafinování a galvanizaci různých neželezných kovů. Téměř veškerý vysoce čistý hliník, měď, zinek a olovo se průmyslově vyrábějí v elektrolytických článcích.

-Hydrogen je produkován elektrolýzou vody. Tento chemický postup se také používá při získávání těžké vody (D ₂ O).

-Kovy, jako Na, K a Mg, se získají elektrolýzou roztavených elektrolytů. Elektrolýzou se získají také nekovy, jako jsou fluoridy a chloridy. Kromě toho, sloučeniny, jako je NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ a KMnO ₄ se syntetizují podle stejného postupu.

Povlakování a rafinace kovů

- Proces potahování spodního kovu kvalitnějším kovem je známý jako galvanické pokovování. Účelem toho je zabránit korozi spodního kovu a učinit ho atraktivnějším. Pro elektrolytické účely se pro tento účel používají elektrolytické články.

-Obchodní kovy lze rafinovat elektrolýzou. V případě mědi jsou na katodu umístěny velmi tenké kovové plechy a velké tyče nečisté mědi, které mají být rafinovány na anodě.

-Použití dýhovaných předmětů je ve společnosti běžné. Šperky a nádobí jsou obvykle stříbrné; zlato je elektricky umístěno na šperky a elektrické kontakty. Mnoho předmětů je pokryto mědí pro dekorativní účely.

- Automobily mají blatníky z chromované oceli a další součásti. Chromové pokovování nárazníku automobilu trvá pouhé 3 sekundy chrome elektrolytického nanášení, aby se vytvořil lesklý povrch o tloušťce 0,0002 mm.

-Rozsah elektrodepozice kovu vytváří černé a drsné povrchy. Pomalá elektrodepozice vytváří hladké povrchy. "Plechovky" jsou vyrobeny z oceli potažené cínem elektrolýzou. Někdy jsou tyto plechovky chromovány za zlomek vteřiny a tloušťka vrstvy chromu je extrémně tenká.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. eMedical Prep. (2018). Aplikace elektrolýzy. Obnoveno z: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolytický článek. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Shapley P. (2012). Galvanické a elektrolytické buňky. Obnoveno z: butane.chem.uiuc.edu
5. Web společnosti Bodner Research. (sf). Elektrolytické buňky. Obnoveno z: chemed.chem.purdue.edu