Betekintés: Az elektrolízis

Figyelem! Ez itt a doksi tartalma kivonata.
Kérlek kattints ide, ha a dokumentum olvasóban szeretnéd megnézni!


http://www.doksi.hu Az elektrolízis Az elektronátmenettel járó reakciók Az oxidáció e- leadást, a redukció e- felvételt jelent. A két folyamat egymást feltételezi: az oxidálódó anyag elektront ad át a partnerének, vagyis redukálja azt, a redukálódó anyag pedig partnerének oxidálószere. Az oxidációs szám az anyagot alkotó „atomok” tényleges vagy névleges töltése. Az elemi állapotú anyagokban az atomok oxidációs száma 0. A vegyületekben a kötésben részt vevő elektronokat a nagyobb EN-sú atomokhoz rendelve kapjuk meg az oxidációs szám értékét. Ebből következően vegyületekben az oxidációs számok összege nullát ad, összetett ionokban pedig megegyezik az ion töltésével. Az oxidációs szám megállapítása: - egyszerű ionok esetében az oxidációs szám megegyezik töltésükkel - a hidrogén oxidációs száma ált. +1 (kivéve hidridek -1) - az oxigén oxidációs szám vegyületekben ált. -2 (kivéve F 2 O {+2},

peroxidok {-1}) Oxidációs számváltozások: Oxidáció esetében az adott atom oxidációs száma nő, redukció esetén az adott atom oxidációs száma csökken. Elektrokémia A galvánelem A galvánelem két elektródból álló berendezés, melyben a két elektród elektrolit oldata „érintkezik” egymással. Elektródnak nevezzük egy anyag redukált és oxidált alakjából álló rendszert. A galváncellák olyan berendezések, amelyek kémiai energiát alakítanak át elektromos energiává. Egyik egyszerű példája a Daniell-elem: A galváncella pólusait a standardpotenciálok lapján döntjük el. A standardpotenciálok összehasonlításával megbecsülhetjük a vizes oldatban lezajló redoxireakciók irányát is: a reakciópartnerek közül a kisebb standardpotenciálú redoxirendszer képes oxidálódni, a nagyobb standardpotenciálú redukálódni. Ez azt jelenti, hogy csak akkor mehet végbe a kémiai reakció, ha a kisebb standardpotenciálú rendszer redukált

és a nagyobb oxidált alakját reagáltatjuk egymással. ε°(Cu2+/Cu)=0,34V Katód ε°(Zn2+ - Zn(sz)‫׀‬Zn2+(aq)‫׀׀‬Cu2+(aq)‫׀‬Cu(sz) + P P P P A Zn elektród a – pólus, ez az anód, itt oxidáció megy végbe. A rézelektród a + pólus, ez a katód, itt redukció megy végbe. Az elektromotoros erő (E MF ) az a feszültség, amit a galvánelem pólusai között akkor mérünk, ha nem halad át áram a berendezésen. E MF =ε (katód) - ε (anód) U U U U R R R R R R R Az elektrolízis A galváncellában önként mennek végbe a redoxireakciók, s ezek elektromos áramot termelhetnek. Az elektrolízis során –az előzőekkel ellentétben- elektromos áram hatására mennek végbe redoxireakciók (kémiai változás), tehát az elektrolízis során az elektromos energia kémiai energiává alakul. U U U 1 http://www.doksi.hu A galvánelemben is megfordíthatjuk a folyamatok irányát, ha külső áramforrást alkalmazunk. A folyamatos

elektrolízishez az szükséges, hogy az egyenáramú áramforrás feszültsége meghaladja a galvánelem elektromotoros erejét. Pl. a Daniell-elemnél 1,10V-nál nagyobb feszültséget kapcsolunk rá. Az elektrolizáló cella negatív pólusán (katód) redukció, a pozitív pólusán (anód) oxidáció megy végbe. A töltésmegmaradás törvénye: Egy áramkörben a katódon és az anódon áthaladó töltésmennyiség egyenlő, ezért a katódfolyamatot és az anódfolyamatot ugyanannyi töltésmennyiségre kell felírni. Az elektrolízis során mindig az a folyamat megy végbe, amelyhez kisebb energia szükséges. Ezt befolyásolja: - az elektród anyaga, - az oldatban lévő részecskék leválási potenciálja és az - oldatban lévő részecskék koncentrációja. Az elektródokon végbemenő folyamatokat több tényező is befolyásolja. Ha pl. a NaCl olvadékába a reakcióban részt nem vevő (indifferens) Pt elektródokat mártunk és egyenáramot kapcsolunk, akkor a

negatív póluson a + töltésű, Na+ helyett, a H+ ,a pozitív póluson pedig a – Cl- semlegesítődnek. Katód 2H 2 O +2e- → H 2 +2 OHAnód 2Cl- → Cl 2 + 2eA katódon vizes oldatban, grafitelektródok esetén H 2 gáz fejlődik az alkálifém-ionok vagy az alkáli-földfém-ionok vizes oldatának elektrolízisekor, és nem történik fém kiválás. Fémkiválás csak a legtöbb nehézfémion (Cu+, Pb+, Ag+) vizes elektrolízisekor. Az anódon vizes oldatban grafitelektródok között a halogenid ionok oxidálódnak. A szulfát-, nitrát-, foszfát-, karbonát-, szulfitionoknál a víz molekulák e- leadása igényel kisebb energiát, ezért ezek elektrolízisekor, ezen ionok az oldatban maradnak és az anódon O 2 gáz keletkezik. Katód (lúgos irányba tolódik el az oldat pH-ja) 2H 2 O+2e-→H 2 +2OHAnód (savas kémhatás tapasztalunk) 2H 2 O →O 2 +4H++4ePl. kénsavoldat elektrolízisekor tulajdonképpen vízbontás történik. Az elektrolízis mennyiségi törvényei

Figyelem! Ez itt a doksi tartalma kivonata.
Kérlek kattints ide, ha a dokumentum olvasóban szeretnéd megnézni!


Faraday I. törvénye Faraday I. törvénye Szerint elektrolíziskor az egyes elektródokon leválasztott anyag tömege (m) egyenesen arányos az elektrolízis időtartamával (t) és az alkalmazott áramerősséggel (I): M=kIt, ahol a k az 1 C töltés által leválasztott anyag tömege, értéke az anyagi minőségtől függ. Faraday II. törvénye Az elektrolíziskor semlegesítődő ionok anyagmennyisége (n) és a semlegesítéshez /Zn)=-0,76V Anód szükséges töltés (Q) közti egyenes arányosságról szól. 1mol e- töltése pedig k. 96 500 C, z-szeres töltésű ionra általánosítva ez a következő egyenlettel fejezhető ki: 96 500 C/mol állandót –amely független az anyagi minőségtől- Faraday-állandónk nevezték el, jele F. Az elektrolízist az iparban számos helyen alkalmazzák, pl. a NaOH-ot a kősó higanykatódos elektrolízisével, Al-ot pedig a timföld elektrolízisével állítják elő és több fém tisztítását is ezzel az eljárással oldják meg.

2