Eletrólise

As reações redox espontâneas nas células voltaicas convertem a energia química em energia elétrica. Alternativamente, a energia elétrica externa conduz as reações redox não espontâneas num processo chamado de eletrólise, que ocorre numa célula eletrolítica. Uma célula eletrolítica tem um anodo para oxidação e um cátodo para redução.

No entanto, ao contrário da célula voltaica, onde o anodo carregado negativamente é a fonte dos elétrons, a célula eletrolítica tem uma fonte externa de elétrons como uma bateria. A bateria extrai elétrons a partir do anodo ligado ao seu terminal positivo e conduz os elétrons em direção ao cátodo, que está ligado ao seu terminal negativo. Assim, os elétrons fluem do terminal positivo para o terminal negativo da fonte de energia externa.

A eletrólise é utilizada para separar os compostos iónicos nos seus elementos constituintes. No seu estado de fusão ou estado aquoso, os íons constituintes são livres para conduzir eletricidade. Consideremos o brometo de potássio que derrete a uma temperatura de 734 graus Celsius.

Aqui, os íons de brometo e de potássio estão presentes no seu estado de oxidação mais baixo ou mais alto respectivamente. Sob potência, os íons brometo são oxidados em gás de bromo no anodo, e íons de potássio são reduzidos a potássio sólido no cátodo. Em misturas iónicas fundidas, como o iodeto de sódio e brometo de potássio, os potenciais elétrodos padrão são utilizados para prever que substância irá reagir.

Geralmente, os aníons com um potencial elétrodo inferior são oxidadas, e os cátions com um potencial elétrodo mais positivo são reduzidos. Curiosamente, a eletrólise de brometo de potássio aquoso produz diferentes produtos de sais derretidos devido à possível eletrólise da água. Assim, duas reações poderiam ocorrem em cada elétrodo;a oxidação de íons de brometo ou água no anodo e a redução de íons de potássio ou água no cátodo.

Dado o baixo potencial de elétrodos, a oxidação dos íons de brometo em bromo é favorecida, enquanto o potencial elétrodo mais positivo da água impulsiona a redução para gás de hidrogénio. A estequiometria de semirreações pode ser utilizada para calcular a quantidade de substâncias produzidas ou consumidas durante a eletrólise. Por exemplo, a eletrólise de brometo de potássio derretido utiliza um elétron para formar um átomo de potássio.

Assim, para cada mol de elétrons ou 96, 485 coulombs de carga passada através da célula produz um mol ou quase 39 gramas de potássio sólido.