ELEKTROLYYTTINEN KENNO: OSAT, MITEN SE TOIMII JA SOVELLUKSET - KEMIA - 2026

Elektrolyysikenno on keskipitkän jossa energian tai sähkövirta käytetään suorittaa ei-spontaani oksidi-pelkistysreaktio. Se koostuu kahdesta elektrodista: anodista ja katodista.

Anodilla (+) tapahtuu hapettumista, koska tässä paikassa jotkut elementit tai yhdisteet menettävät elektroneja; taas katodissa (-), pelkistys, koska siinä jotkut elementit tai yhdisteet saavat elektronia.

Lähde: RodEz2, Wikimedia Commonsista

Elektrolyyttisessä kennossa eräiden, aikaisemmin ionisoituneiden aineiden hajoaminen tapahtuu elektrolyysina kutsutun prosessin avulla.

Sähkövirran käyttö tuottaa suunnan ionien liikkeessä elektrolyyttisessä kennossa. Positiivisesti varautuneet ionit (kationit) siirtyvät latauskatodia (-) kohti.

Samaan aikaan negatiivisesti varautuneet ionit (anionit) siirtyvät kohti varautunutta anodia (+). Tämä varauksensiirto muodostaa sähkövirran (yläkuva). Tässä tapauksessa sähkövirta johdetaan elektrolyyttien liuoksilla, joita on elektrolyyttisen kennon säiliössä.

Faradayn elektrolyysin lain mukaan hapettumisen tai pelkistymisen jokaisessa elektrodissa tapahtuvan aineen määrä on suoraan verrannollinen solun tai solun läpi kulkevan sähkön määrään.

osat

Elektrolyyttinen kenno koostuu säiliöstä, johon materiaali, joka läpäisee sähkövarauksen aiheuttamat reaktiot, kerrotaan.

Säiliössä on pari elektrodeja, jotka on kytketty tasavirtaparistoon. Yleensä käytetyt elektrodit on tehty inertistä materiaalista, ts. Ne eivät osallistu reaktioihin.

Ampermetri voidaan kytkeä sarjaan akun kanssa elektrolyyttiliuoksen läpi virtaavan virran voimakkuuden mittaamiseksi. Lisäksi volttimittari on sijoitettu rinnakkain elektrodiparien välisen jänniteeron mittaamiseksi.

Kuinka elektrolyyttinen kenno toimii?

Sulan natriumkloridin elektrolyysi

Sulan natriumkloridi on edullinen kuin kiinteä natriumkloridi, koska viimeksi mainittu ei johda sähköä. Ionit värähtelevät kiteissäsi, mutta ne eivät ole vapaita liikkumaan.

Katodireaktio

Grafiitista, inertistä materiaalista valmistetut elektrodit on kytketty akun napoihin. Elektrodi on kytketty akun positiiviseen napaan, joka muodostaa anodin (+).

Samaan aikaan toinen elektrodi on kytketty akun negatiiviseen napaan, joka muodostaa katodin (-). Kun virta virtaa akusta, havaitaan seuraava:

Katodissa (-) esiintyy Na ⁺ -ionin pelkistys, joka elektronia saavuttaessa muuttuu metalliseksi Na: ksi:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Hopeanvalkoinen metallinen natrium kelluu sulan natriumkloridin päälle.

Anodireaktio

Päinvastoin, että anodi (+) hapettumista Cl ^- ioni esiintyy, koska se menettää elektroneja, ja muunnetaan kloorikaasua (Cl ₂), prosessi, joka ilmenee ulkonäkö anodin kaasun ja vaaleanvihreä väri. Anodin kohdalla tapahtuva reaktio voidaan hahmotella seuraavasti:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Metallisen Na- ja Cl ₂ -kaasun muodostuminen NaCl: stä ei ole spontaania prosessia, joka vaatii yli 800 ºC: n lämpötiloja, jotta se tapahtuisi. Sähkövirta toimittaa energian ilmoitetulle muutokselle, joka tapahtuu elektrolyyttisen kennon elektrodeissa.

Elektroneja kulutetaan katodilla (-) pelkistysprosessissa ja ne tuotetaan anodilla (+) hapetuksen aikana. Siksi elektronit virtaavat elektrolyyttisen kennon ulkoisen piirin läpi anodista katodiin.

Tasavirta-akku tuottaa elektronien energian virtauksen epä spontaanisti anodista (+) katodiin (-).

Alasolu

Down-kenno on kuvattu ja käytetyn metallisen Na- ja kloorikaasun teolliseen tuotantoon tarkoitetun elektrolyyttisen kennon mukautus.

Downin elektrolyyttisissä kennoissa on laitteita, jotka mahdollistavat metallisen natrium- ja kloorikaasun keräämisen erikseen. Tämä menetelmä metallisen natriumin tuottamiseksi on edelleen hyvin käytännöllinen.

Kun nestemäinen metallinen natrium vapautetaan elektrolyysillä, se tyhjennetään, jäähdytetään ja leikataan lohkoiksi. Myöhemmin sitä varastoidaan inertissä väliaineessa, koska natrium voi reagoida räjähtävästi kosketuksessa veden tai ilmakehän hapen kanssa.

Kloorikaasua tuotetaan teollisuudessa pääasiassa natriumkloridin elektrolyysillä halvemmassa prosessissa kuin metallisen natriumin tuotannossa.

Sovellukset

Teollisuuden synteesit

-Teollisuudessa elektrolyyttisiä kennoja käytetään erilaisten ei-rautametallien galvanoinnissa ja galvanoinnissa. Lähes kaikki erittäin puhdasta alumiinia, kuparia, sinkkiä ja lyijyä tuotetaan teollisesti elektrolyyttisissä kennoissa.

-Vetyä tuotetaan veden elektrolyysillä. Tämä kemiallinen menetelmää käytetään myös saada raskaan veden (D ₂ O).

-Metallit, kuten Na, K ja Mg, saadaan sulan elektrolyyttien elektrolyysillä. Myös ei-metalleja, kuten fluorideja ja klorideja, saadaan elektrolyysillä. Lisäksi, yhdisteet, kuten NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ ja KMnO ₄ syntetisoidaan samalla menetelmällä.

Metallien pinnoitus ja puhdistus

- Prosessissa, jossa pinnoitetaan huonompi metalli korkealaatuisemmalla metallilla, tunnetaan galvanointi. Tämän tarkoituksena on estää alemman metallin korroosiota ja tehdä siitä houkuttelevampi. Elektrolyyttisiä kennoja käytetään galvanointiin tätä tarkoitusta varten.

- Puhtaat metallit voidaan puhdistaa elektrolyysillä. Kuparin tapauksessa katodiin asetetaan erittäin ohuet metallilevyt ja anodille puhdistettavat epäpuhtaan kuparin suuret sauvat.

- Viilutettujen esineiden käyttö on yleistä yhteiskunnassa. Korut ja ruokailuvälineet ovat yleensä hopeaa; kulta on sähkösaostettu koruihin ja sähköisiin koskettimiin. Monet esineet peitetään kuparilla koristeellisiin tarkoituksiin.

-Autoissa on kromattu teräs lokasuojat ja muut osat. Auton puskurin kromipinnoitus vie vain 3 sekuntia kromin elektrokertyvyyttä 0,0002 mm paksuisen kiiltävän pinnan tuottamiseksi.

-Metallin nopea sähkösaostus tuottaa mustia ja karkeita pintoja. Hidas sähkösaostus tuottaa sileät pinnat. "Peltitölkit" on valmistettu teräksestä, joka on päällystetty tinalla elektrolyysillä. Joskus nämä tölkit on kromattu sekunnin murto-osalla kromikerroksen paksuuden ollessa erittäin ohut.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. eMedical Prep. (2018). Elektrolyysin sovellukset. Palautettu osoitteesta: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolyyttinen kenno. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Prof. Shapley P. (2012). Galvaaniset ja elektrolyyttiset solut. Palautettu sivustosta: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner-tutkimusverkko. (SF). Elektrolyyttiset solut. Palautettu: chemed.chem.purdue.edu