ELEKTROLYTISK CELL: DELAR, HUR DET FUNGERAR OCH APPLIKATIONER - KEMI - 2026

Den elektrolytiska cellen är ett medium där energi eller en elektrisk ström används för att utföra en icke-spontan oxidreduktionsreaktion. Den består av två elektroder: anoden och katoden.

Vid anoden (+) sker oxidation eftersom vissa element eller föreningar på denna plats förlorar elektroner; medan det är i katoden (-), reducerar reduktionen, eftersom vissa element eller föreningar i den får elektroner.

Källa: Av RodEz2, från Wikimedia Commons

I den elektrolytiska cellen sker nedbrytningen av vissa ämnen, tidigare joniserade, genom en process som kallas elektrolys.

Appliceringen av den elektriska strömmen ger en orientering i jonernas rörelse i den elektrolytiska cellen. Positivt laddade joner (katjoner) vandrar mot laddningskatoden (-).

Under tiden migrerar de negativt laddade jonerna (anjonerna) mot den laddade anoden (+). Denna laddningsöverföring utgör en elektrisk ström (toppbild). I detta fall leds den elektriska strömmen av lösningar av elektrolyter, närvarande i behållaren i den elektrolytiska cellen.

Faradays lag om elektrolys säger att mängden ämne som genomgår oxidation eller reduktion vid varje elektrod är direkt proportionell mot mängden el som passerar genom cellen eller cellen.

Delar

En elektrolytisk cell består av en behållare där materialet som kommer att genomgå de reaktioner som induceras av den elektriska laddningen deponeras.

Behållaren har ett par elektroder som är anslutna till ett likströmsbatteri. Elektroderna som vanligtvis används är gjorda av ett inert material, det vill säga de deltar inte i reaktionerna.

En ammeter kan anslutas i serie med batteriet för att mäta intensiteten hos strömmen som strömmar genom elektrolytlösningen. En voltmeter placeras också parallellt för att mäta spänningsskillnaden mellan elektrodparet.

Hur fungerar en elektrolytisk cell?

Elektrolys av smält natriumklorid

Smält natriumklorid föredras framför fast natriumklorid, eftersom den senare inte leder elektricitet. Jonerna vibrerar i dina kristaller, men de är inte fria att röra sig.

Katodreaktion

Elektroder tillverkade av grafit, ett inert material, är anslutna till batteriterminalerna. En elektrod är ansluten till batteriets positiva terminal, vilket utgör anoden (+).

Under tiden är den andra elektroden ansluten till batteriets negativa terminal, vilket utgör katoden (-). När strömmen flyter från batteriet observeras följande:

I katoden (-) finns en reduktion av Na ⁺ jonen , som vid förstärkning av en elektron transformeras till metallisk Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Det silvrigvita metalliska natriumet flyter ovanpå den smälta natriumkloriden.

Anodreaktion

Tvärtom, i anoden (+) oxidation av Cl ^- jonen sker , eftersom det förlorar elektroner och omvandlas till klorgas (Cl ₂ ), en process som manifesteras genom uppkomsten i anoden av en gas av ljusgrön färg. Reaktionen som inträffar vid anoden kan beskrivas enligt följande:

2cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Bildandet av metalliskt Na och Cl ₂ gas från NaCl är inte en spontan process, som kräver temperaturer högre än 800º C under det att inträffa. Den elektriska strömmen tillför energin för den indikerade transformationen som ska ske vid elektroderna i den elektrolytiska cellen.

Elektroner förbrukas vid katoden (-) i reduktionsprocessen och produceras vid anoden (+) under oxidation. Därför strömmar elektroner genom den externa kretsen för den elektrolytiska cellen från anoden till katoden.

Likströmsbatteriet tillför energi för elektroner att flöda icke-spontant från anoden (+) till katoden (-).

Down Cell

Down-cellen är en anpassning av den elektrolytiska cellen som beskrivs och används för industriell produktion av metallisk Na- och klorgas.

Downs elektrolytiska cell har enheter som gör det möjligt att samla in separat metalliskt natrium- och klorgas. Denna metod för att producera metalliskt natrium är fortfarande mycket praktisk.

När det flytande metalliska natriumet har släppts genom elektrolys, tömts, kyls och skärs i block. Senare lagras det i ett inert medium, eftersom natrium kan reagera explosivt genom kontakt med vatten eller atmosfäriskt syre.

Klorgas produceras i industrin huvudsakligen genom elektrolys av natriumklorid i en billigare process än produktion av metalliskt natrium.

tillämpningar

Industriella synteser

-I industrin används elektrolytiska celler för elektrofinering och elektroplätering av olika icke-järnmetaller. Nästan all hög renhet aluminium, koppar, zink och bly produceras industriellt i elektrolytiska celler.

-Väte produceras genom elektrolys av vatten. Denna kemiska förfarande används också i att erhålla tungt vatten (D ₂ O).

-Metaller såsom Na, K och Mg erhålls genom elektrolys av smälta elektrolyter. Icke-metaller som fluorider och klorider erhålls också genom elektrolys. Vidare kan föreningar såsom NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ och KMnO ₄ syntetiseras enligt samma förfarande.

Beläggning och raffinering av metaller

-Processen för att belägga en lägre metall med en högre metall kallas elektroplätering. Syftet med detta är att förhindra korrosion av den nedre metallen och göra den mer attraktiv. Elektrolytiska celler används för elektroplätering för detta ändamål.

-Impormetaller kan förfinas genom elektrolys. När det gäller koppar placeras mycket tunna metallskivor på katoden och stora stavar av den orena koppar som ska förfinas på anoden.

-Användningen av fanerade föremål är vanligt i samhället. Smycken och porslin är vanligtvis silver; guld elektroavsätts på smycken och elektriska kontakter. Många föremål är täckta med koppar för dekorativa ändamål.

-Bilarna har kromstålskärmar och andra delar. Kromplätering av en bilstötfångare tar bara 3 sekunder kromelektrodeposition för att ge en 0,0002 mm tjock blank yta.

-Fast elektroavsättning av metall ger svarta och grova ytor. Långsam elektroavsättning ger släta ytor. "Tennburkar" är tillverkade av stål belagd med tenn genom elektrolys. Ibland förkromas dessa burkar i en bråkdel av en sekund med tjockleken på kromlagret extremt tunt.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. eMedical Prep. (2018). Användningar av elektrolys. Återställs från: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolytisk cell. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Prof. Shapley P. (2012). Galvaniska och elektrolytiska celler. Återställdes från: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Research Web. (Sf). Elektrolytiska celler. Återställdes från: chemed.chem.purdue.edu