Elektroliza

Spontaniczne reakcje redoks w ogniwach galtaicznych przekształcają energię chemiczną w energię elektryczną. Alternatywnie, zewnętrzna energia elektryczna napędza niespontaniczne reakcje redoks w procesie zwanym elektrolizą, zachodzącym w ogniwie elektrolitycznym.

Ogniwo elektrolityczne posiada anodę do utleniania i katodę do redukcji. Jednak w przeciwieństwie do ogniwa galwanicznego, w którym ujemnie naładowana anoda jest źródłem elektronów, ogniwo elektrolityczne ma zewnętrzne źródło elektronów, takie jak bateria.

Akumulator pobiera elektrony z anody podłączonej do jej dodatniego zacisku i kieruje elektrony w kierunku katody, która jest podłączona do jej ujemnego zacisku. W ten sposób elektrony przepływają od dodatniego do ujemnego zacisku zewnętrznego źródła zasilania.

Elektroliza służy do rozdzielania związków jonowych na ich elementy składowe. W stanie stopionym lub wodnym jony składowe mogą swobodnie przewodzić elektryczność.

Weźmy pod uwagę bromek potasu, który topi się w temperaturze 734 °C. Tutaj jony bromku i potasu są obecne odpowiednio na najniższym lub najwyższym stopniu utlenienia. Pod wpływem mocy jony bromkowe są utleniane do gazowego bromu na anodzie, a jony potasu są redukowane do stałego potasu na katodzie.

W stopionych mieszaninach jonowych, takich jak jodek sodu i bromek potasu, standardowe potencjały elektrod są wykorzystywane do przewidywania, która substancja zareaguje. Ogólnie rzecz biorąc, aniony o niższym potencjale elektrodowym są utleniane, a kationy o bardziej dodatnim potencjale elektrodowym są redukowane.

Co ciekawe, elektroliza wodnego bromku potasu wytwarza różne produkty ze stopionych soli ze względu na możliwą elektrolizę wody.

W związku z tym na każdej elektrodzie mogą zachodzić dwie reakcje: utlenianie jonów bromkowych lub wody na anodzie oraz redukcja jonów potasu lub wody na katodzie.

Biorąc pod uwagę niższy potencjał elektrody, preferowane jest utlenianie jonów bromkowych do bromu, podczas gdy bardziej dodatni potencjał elektrody wody napędza redukcję do wodoru gazowego.

Stechiometria półreakcji może być wykorzystana do obliczenia ilości substancji wytwarzanych lub zużywanych podczas elektrolizy.

Na przykład elektroliza stopionego bromku potasu wykorzystuje jeden elektron do utworzenia atomu potasu. Tak więc każdy mol elektronów, czyli 96 485 kulombów ładunku, przepuszczony przez ogniwo, wytwarza jeden mol lub prawie 39 gramów stałego potasu.