Электролиз

Самопроизвольные окислительно-восстановительные реакции в гальванических элементах преобразуют химическую энергию в электрическую. В качестве альтернативы внешняя электрическая энергия запускает несамопроизвольные окислительно-восстановительные реакции в процессе, называемом электролизом, который происходит в ячейке электролизера. Ячейка электролизера имеет анод для окисления и катод для восстановления.

Однако, в отличие от гальванического элемента, где отрицательно заряженный анод является источником электронов, ячейка электролизера имеет внешний источник электронов, такой как аккумулятор. Аккумулятор получает электроны от анода, подключенного к его положительной клемме, и направляет электроны к катоду, который подключен к его отрицательной клемме. Таким образом, электроны текут с положительной клеммы на отрицательную клемму внешнего источника питания.

Электролиз используется для разделения ионных соединений на составляющие их элементы. В расплаве или водном растворе составляющие ионы могут проводить электричество. Рассмотрим бромид калия, плавящийся при температуре 734 градуса Цельсия.

Здесь ионы брома и калия присутствуют в самой низкой или самой высокой степени окисления соответственно. Под действием электричества ионы брома окисляются до газообразного брома на аноде, а ионы калия восстанавливаются до твердого калия на катоде. В расплавах ионов, таких как йодид натрия и бромид калия, стандартные электродные потенциалы используются для прогнозирования того, какое вещество будет реагировать.

Обычно анионы с более низким электродным потенциалом окисляются, а катионы с более высоким электродным потенциалом восстанавливаются. Интересно, что электролиз водного раствора бромида калия дает разные продукты из расплавленных солей из-за возможного электролиза воды. Таким образом, на каждом электроде могут происходить две реакции;окисление ионов брома или воды на аноде и восстановление ионов калия или воды на катоде.

Учитывая более низкий электродный потенциал, окисление ионов брома до брома предпочтительно, в то время как более положительный электродный потенциал воды приводит к восстановлению до газообразного водорода. Стехиометрию полуреакций можно использовать для расчета количества веществ, производимых или потребляемых во время электролиза. Например, электролиз расплавленного бромида калия использует один электрон для образования атома калия.

Таким образом, на каждый моль электронов или 96485 кулонов заряда, прошедших через элемент, образуется один моль или почти 39 граммов твердого калия.