Elektroliza

-        przemiany chemiczne przebiegające na elektrodach (redukcja na katodzie; utlenianie na anodzie) pod wpływem przyłożonego z zewnątrz napięcia.

Napięcie rozkładowe

-        najmniejsze napięcie konieczne do wywołania elektrolizy

Nadnapięcie

-        wartość napięcia o które trzeba zwiększyć napięcie rozkładowe aby przebiegł proces elektrolizy.

Elektroliza rozcieńczonych roztworów kwasów beztlenowych

HCl

K (-):   2 H­+ + 2 e = H2     redukcja

A (+):   2 Cl- - 2 e = Cl2    utlenianie

2 H­+  +  2 Cl-  =   Cl2  +  H2

Elektroliza wodnych roztworów kwasów tlenowych

H2SO4

K (-):   4 H­+ + 4 e = 2 H2    

A (+):  2 H2O - 4 e = O2 + 4 H+ 

2 H2O = O2 + 2 H2

Elektroliza wodnych roztworów zasad

NaOH

K (-):   4 H2O + 4 e  =  2 H2 +  4 OH-

A (+):  4 OH- -  4 e  =  O2  +  2 H2O 

2 H2O = O2 + 2 H2

Elektroliza wodnych roztworów soli

1. soli kwasów beztlenowych metali alkalicznych

NaCl

K (-):    2 H2O + 2 e  =  H2 +  2 OH-

A (+):   2 Cl- - 2 e = Cl2   

2 H2O  +  2 Cl-  =  H2 +  2 OH-   +  Cl2

2. soli kwasów beztlenowych metali niealkalicznych

CuCl2

K (-):   Cu2+  + 2 e  =  Cu

A (+):   2 Cl- - 2 e = Cl2   

Cu2+  +  2 Cl-  =  Cu  +  Cl2

3. soli kwasów tlenowych metali alkalicznych

Na2SO4

K (-):   4 H2O + 4 e  =  2 H2 +  4 OH-

A (+):  2 H2O - 4 e = O2 + 4 H+

6 H2O =  2 H2 +  4 OH-  + O2 + 4 H+

4. soli kwasów tlenowych metali niealkalicznych

CuSO4

K (-):  2 Cu2+ + 4 e  =  2 Cu

A (+):  2 H2O - 4 e = O2 + 4 H+ 

2 H2O + 2 Cu2+    =  2 Cu + O2 + 4 H+

Elektroliza stopionych soli - stosowana do otrzymywania metali lekkich (K; Na; Mg; Ca)

NaCl

K (-):  2 Na+  +  2 e  =  2 Na

A (+):   2 Cl- - 2 e = Cl2

2 Na+  +  2 Cl-  =   2 Na  +  Cl2

Elektroliza stopionych wodorotlenków

NaOH

K (-):  2 Na+  +  2 e  =  2 Na

A (+):   4 OH- -  4 e  =  O2  +  2 H2O

4 Na+  +  4 OH- =  4 Na   +  O2  +  2 H2O

W przemyśle elektrolizę wykorzystuje się do:

- otrzymywania metali (Na, K, Al., Mg, Ca), wodorotlenku sodu (NaOH)

- gazów technicznych (wodór, tlen, chlor)

- oczyszczania metali (najczęściej miedzi)

- nanoszenia na metale powłok z innych metali w celach ochronnych lub dekoracyjnych   
  (galwanostegia)

- rozdzielania izotopów (produkcja ciężkiej wody H2O2)

I Prawo elektrolizy Faradaya

Masa substancji wydzielonej na jednej z elektrod jest wprost proporcjonalna do ładunku elektrycznego przepuszczonego przez roztwór.

m = kQ = kIt

m - masa substancji wydzielonej na elektrodzie [g]

k - równoważnik elektrochemiczny - masa substancji wydzielonej na elektrodzie przy przepływie przez elektrolit jednostkowego ładunku 1C.

I - natężenie prądu [A]

t - czas przepływu prądu [s]

II Prawo elektrolizy Faradaya

Stosunek masy molowej (M) substancji wydzielającej się na elektrodzie do iloczynu jej równoważnika elektrochemicznego (k) i liczby ładunkowej (z) reakcji elektrodowej (zapisanej dla jednego mola substancji o masie M) jest wielkością stałą dla wszystkich procesów elektrodowych i wynosi 96 500 C.

;

F - stała Faradaya

k - równoważnik elektrochemiczny

z - liczba ładunkowa równa liczbie wymienionych elektronów w połówkowej reakcji redox.

M - masa molowa substancji wydzielonej na elektrodzie.

I i II Prawo elektrolizy Faradaya (połączenie)

Q = nFz;   Q = It

[1F] = [96 500 C / mol]  ;  [1 C] =  [A*s]

PORÓWNANIE

Elektrolizer

Ogniwo

Charakter procesów

wymuszony przepływem prądu

samorzutny - generuje prąd

Kierunek przepływu elektronów

od katody do anody

od anody do katody

Elektroda ujemna