Elettrolisi

Le reazioni redox spontanee nelle celle voltaiche convertono l'energia chimica in energia elettrica. In alternativa, l'energia elettrica esterna conduce le reazioni redox non spontanee in un processo chiamato elettrolisi, che si svolge in una cella elettrolitica. Una cella elettrolitica ha un anodo per l'ossidazione e un catodo per la riduzione.

Tuttavia, a differenza della cella voltaica, dove l'anodo caricato negativamente è la fonte di elettroni, la cella elettrolitica ha una fonte esterna di elettroni, come una batteria. La batteria attira elettroni dall'anodo collegato al suo terminale positivo e conduce gli elettroni verso il catodo, che è collegato al suo terminale negativo. Così gli elettroni fluiscono dal terminale positivo al terminale negativo della fonte di alimentazione esterna.

L'elettrolisi viene usata per separare i composti ionici nei loro elementi costitutivi. Allo stato fuso o acquoso, gli ioni costituenti sono liberi di condurre l'elettricità. Considerate il bromuro di potassio che si scioglie ad una temperatura di 734°C.

Qui, gli ioni bromuro e potassio sono presenti rispettivamente al loro stato di ossidazione più basso o più alto. Sotto tensione, gli ioni bromuro sono ossidati a gas bromo in corrispondenza dell'anodo, e gli ioni di potassio sono ridotti a potassio solido in corrispondenza del catodo. Nelle miscele ioniche fuse come lo ioduro di sodio e il bromuro di potassio, i potenziali standard degli elettrodi sono usati per prevedere quale sostanza reagirà.

In genere, gli anioni con un potenziale di elettrodo inferiore vengono ossidati, e i cationi con un potenziale di elettrodo più positivo vengono ridotti. Si noti che l'elettrolisi del bromuro di potassio acquoso produce prodotti diversi dai sali fusi per via della possibile elettrolisi dell'acqua. Pertanto, potrebbero verificarsi due reazioni su ciascun elettrodo;l'ossidazione di ioni bromuro o acqua all'anodo e la riduzione di ioni potassio o acqua al catodo.

Dato il potenziale dell'elettrodo inferiore, viene favorita l'ossidazione degli ioni bromuro a bromo, mentre il potenziale dell'elettrodo più positivo dell'acqua porta la riduzione a gas idrogeno. La stechiometria delle semireazioni può essere usata per calcolare la quantità di sostanze prodotte o consumate durante l'elettrolisi. Per esempio, l'elettrolisi del bromuro di potassio fuso utilizza un elettrone per formare un atomo di potassio.

Pertanto, per ogni mole di elettroni, o 96.485 coulomb di carica passati attraverso la cellula, si produce un mole o quasi 39 grammi di potassio solido.