Электролитическая ячейка

Электролитическая ячейка - это электрохимическая ячейка , которая использует внешний источник электрической энергии , чтобы усилить химическую реакцию , которая в противном случае не произошла бы. ^{[ 1 ]}^: 64, 89^{[ 2 ]}^{: GL7} Внешний источник энергии представляет собой напряжение ячейки , применяемое между двумя электродами ; анод ( (положительно заряженный электрод) и катод отрицательно заряженный электрод), которые погружаются в раствор электролита . ^{[ 1 ]}^: 89^{[ 3 ]}^{[ страница необходима ]} Это в отличие от гальванической ячейки , которая сама является источником электрической энергии и основой батареи . ^{[ 1 ]}^: 64 Чистая реакция, происходящая в гальванической клетке, является спонтанной реакцией , то есть свободной энергии Гиббса происходящая в электролитической клетке остается -в, в то время как чистая реакция , вежливый ^{[ 3 ]}^{[ страница необходима ]}

Принципы

В электролитической ячейке ток проходит через клетку с помощью внешнего напряжения , вызывая не спонтанную химическую реакцию. В гальванической клетке прогресс спонтанной химической реакции вызывает текущий ток. Равновесная электрохимическая ячейка существует в состоянии между электролитической ячейкой и гальванической ячейкой. Тенденция спонтанной реакции к протокону тока через внешнюю цепь точно сбалансирована с помощью противоэлектромозной силы, так что не течет тока. Если эта противоэлектромозная сила увеличивается, клетка становится электролитической ячейкой, и если она уменьшается, клетка становится гальванической ячейкой. ^{[ 4 ]}^: 354

Электролитическая ячейка имеет три компонента: электролит и два электрода ( катод и анод ). Электролит раствор обычно представляет собой воды или , других растворителей в которых ионы растворяются. Расплавленные соли, такие как хлорид натрия, также могут функционировать как электролиты. При управлении внешним напряжением, приложенным к электродам, ионы в электролите притягиваются к электроду с противоположным зарядом переноса заряда (также называемые фар-или окислительно-восстановительными , где могут происходить реакции ). Только с внешним электрическим потенциалом (то есть напряжением) правильной полярности и достаточной величины может разместить электролитическую ячейку обычно стабильно или инертное в растворе, химическое соединение. Предоставленная электрическая энергия может получить химическую реакцию, которая в противном случае не произошла бы спонтанно.

Майкл Фарадей определил катод ячейки как электрод, которому катионы (положительно заряженные ионы, такие как ионы серебра ⁺
) поток внутри ячейки, который должен быть уменьшен путем реагирования с помощью электронов (отрицательно заряженных) из этого электрода. Точно так же он определил анод как электрод, которому анионы (отрицательно заряженные ионы, такие как хлоридные ионы Cl ⁻
) Поток внутри ячейки, который окисляется путем отложения электронов на электроде. Для внешнего провода, подключенного к электродам гальванической ячейки (или батареи), образуя электрическую цепь, катод положительный, а анод отрицательный. Таким образом, положительный электрический ток течет от катода в анод через внешнюю цепь в случае гальванической ячейки.

Приложения

Видео, описывающее процесс электролитического сокращения, используемого на «Кэнноне капитана Кидда» в Детском музее Индианаполиса

Электролитические клетки часто используются для разложения химических соединений, в процессе, называемом электролизом - электроэлектриком с электричество ^{[ 5 ]} И греческое лизис слов означает расстаться . Важными примерами электролиза является разложение воды в водород и кислород , а также боксит в алюминиевые и другие химические вещества. Гальбопляция (например, меди, серебро, никель или хром) выполняется с использованием электролитической ячейки. Электролиз - это метод, который использует прямой электрический ток (DC).

Коммерчески электролитические ячейки используются при электрорефининге и электрофизинге нескольких небрежных металлов. с высокой точностью Большинство алюминия , меди , цинк и свинца продуцируются в электролитических клетках.

Как уже отмечалось, вода, особенно при добавлении ионов (соленая вода или кислотная вода), может быть электролизована (подвергается электролизу). При управлении внешним источником напряжения, водородом (h ⁺
) Ионы текут в катод, чтобы объединить с электронами для получения газа водорода в реакции восстановления. Точно так же гидроксид (о ⁻
) ионы текут в анод для высвобождения электронов и водорода (h ⁺
) Ион для получения газа кислорода в реакции окисления.

В расплавленном хлориде натрия (NaCl), когда ток проходит через соль, анод окисляет хлорид ионы (CL ⁻
), чтобы хлор газ, он выпускает электроны в анод. Кроме того, катод уменьшает ионы натрия (NA ⁺
), который принимает электроны от катода и откладывает их на катоде в виде металла натрия.

Хлорид натрия, растворенный в воде, также может быть электролизован. Анод окисляет ионы хлорида (CL ⁻
) и производит хлор (Cl ₂ ) газ. Однако в катоде, вместо того, чтобы ионы натрия были уменьшены до металла натрия, молекулы воды уменьшаются до ионов гидроксида (OH ⁻
) и газ водорода (H ₂ ). Общим результатом электролиза является производство хлорного газа, водорода и водного раствора гидроксида натрия (NAOH).

Смотрите также

Ссылки

^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Мерфи Б., Мерфи С., Хэтхауэй Б., ред. (1997). «Электрохимия I: гальванические ячейки». Подход метода рабочего метода для вступительных расчетов физической химии . Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество . ISBN 0-85404-553-8 - через интернет -архив.
^ Харрис, Даниэль С. (2010). Количественный химический анализ (8 -е изд.). Нью -Йорк: WH Freeman and Company . ISBN 978-1-4292-1815-3 Полем OCLC 540161465 - VIA OPEN BIBITORD.
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Skoog, Douglas A.; Запад, Дональд М.; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2014). Основы аналитической химии . Белмонт, Калифорния: Брукс/Коул, Cengage Learning. ISBN 978-0-495-55828-6 Полем OCLC 824171785 .
^ Мортимер, Роберт Дж. (2008). Физическая химия (3 -е изд.). Амстердам: академическая пресса/Elsevier. ISBN 978-0-12-370617-1 Полем OCLC 196313033 - через интернет -архив.
^ «Электро…» . Коллинз английский словарь (онлайн) . Получено 4 ноября 2023 года .

[:0-1] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} ^в Мерфи Б., Мерфи С., Хэтхауэй Б., ред. (1997). «Электрохимия I: гальванические ячейки». Подход метода рабочего метода для вступительных расчетов физической химии . Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество . ISBN 0-85404-553-8 - через интернет -архив.

[2] Харрис, Даниэль С. (2010). Количественный химический анализ (8 -е изд.). Нью -Йорк: WH Freeman and Company . ISBN 978-1-4292-1815-3 Полем OCLC 540161465 - VIA OPEN BIBITORD.

[Skoog-3] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} Skoog, Douglas A.; Запад, Дональд М.; Холлер, Ф. Джеймс; Крауч, Стэнли Р. (2014). Основы аналитической химии . Белмонт, Калифорния: Брукс/Коул, Cengage Learning. ISBN 978-0-495-55828-6 Полем OCLC 824171785 .

[4] Мортимер, Роберт Дж. (2008). Физическая химия (3 -е изд.). Амстердам: академическая пресса/Elsevier. ISBN 978-0-12-370617-1 Полем OCLC 196313033 - через интернет -архив.

[5] «Электро…» . Коллинз английский словарь (онлайн) . Получено 4 ноября 2023 года .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]