ELEKTROLYTISCHE CEL: ONDERDELEN, HOE HET WERKT EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

De elektrolytische cel is een medium waar energie of een elektrische stroom wordt gebruikt om een ​​niet-spontane oxidatiereductiereactie uit te voeren. Het bestaat uit twee elektroden: de anode en de kathode.

Aan de anode (+) vindt oxidatie plaats, aangezien op deze plaats sommige elementen of verbindingen elektronen verliezen; terwijl in de kathode (-), de reductie, omdat daarin sommige elementen of verbindingen elektronen winnen.

Bron: door RodEz2, van Wikimedia Commons

In de elektrolytische cel vindt de afbraak van sommige stoffen, die eerder geïoniseerd waren, plaats via een proces dat bekend staat als elektrolyse.

Door het aanleggen van de elektrische stroom ontstaat een oriëntatie in de beweging van de ionen in de elektrolytische cel. Positief geladen ionen (kationen) migreren naar de oplaadkathode (-).

Ondertussen migreren de negatief geladen ionen (anionen) naar de geladen anode (+). Deze ladingsoverdracht vormt een elektrische stroom (bovenste afbeelding). In dit geval wordt de elektrische stroom geleid door oplossingen van elektrolyten die aanwezig zijn in de houder van de elektrolytische cel.

De elektrolysewet van Faraday stelt dat de hoeveelheid stof die oxidatie of reductie ondergaat bij elke elektrode recht evenredig is met de hoeveelheid elektriciteit die door de cel of cel gaat.

Onderdelen

Een elektrolytische cel bestaat uit een houder waarin het materiaal wordt afgezet dat de reacties ondergaat die worden veroorzaakt door de elektrische lading.

De container heeft een paar elektroden die zijn aangesloten op een gelijkstroombatterij. De elektroden die gewoonlijk worden gebruikt, zijn gemaakt van een inert materiaal, dat wil zeggen dat ze niet deelnemen aan de reacties.

Een ampèremeter kan in serie met de batterij worden geschakeld om de intensiteit van de stroom die door de elektrolytoplossing vloeit te meten. Ook is een voltmeter parallel geplaatst om het spanningsverschil tussen het paar elektroden te meten.

Hoe werkt een elektrolytische cel?

Elektrolyse van gesmolten natriumchloride

Gesmolten natriumchloride heeft de voorkeur boven vast natriumchloride, aangezien dit laatste geen elektriciteit geleidt. De ionen trillen in je kristallen, maar ze zijn niet vrij om te bewegen.

Kathode reactie

Elektroden van grafiet, een inert materiaal, zijn verbonden met de accupolen. Een elektrode is verbonden met de positieve pool van de batterij en vormt de anode (+).

Ondertussen is de andere elektrode verbonden met de negatieve pool van de batterij en vormt deze de kathode (-). Wanneer de stroom uit de batterij vloeit, wordt het volgende in acht genomen:

In de kathode (-) is er een reductie van het Na ⁺ -ion , dat bij het verkrijgen van een elektron wordt omgezet in metallisch Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Het zilverwitte metallische natrium drijft bovenop het gesmolten natriumchloride.

Anode reactie

Integendeel, in de anode (+) vindt de oxidatie van het Cl ^- ion plaats , omdat het elektronen verliest en wordt omgezet in chloorgas (Cl ₂ ), een proces dat zich manifesteert door het verschijnen in de anode van een gas van bleekgroene kleur. De reactie die optreedt aan de anode kan als volgt worden geschetst:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

De vorming van metallisch Na- en Cl ₂ -gas uit NaCl is geen spontaan proces, waarvoor temperaturen hoger dan 800 ° C nodig zijn. De elektrische stroom levert de energie voor de aangegeven transformatie die plaatsvindt aan de elektroden van de elektrolytische cel.

Elektronen worden verbruikt aan de kathode (-) in het reductieproces en worden geproduceerd aan de anode (+) tijdens oxidatie. Daarom stromen elektronen door het externe circuit van de elektrolytische cel van de anode naar de kathode.

De gelijkstroombatterij levert de energie voor elektronen om niet-spontaan van de anode (+) naar de kathode (-) te stromen.

Beneden Cell

De Down-cel is een aanpassing van de elektrolytische cel die wordt beschreven en wordt gebruikt voor de industriële productie van metallisch Na en chloorgas.

De elektrolytische cel van Down heeft apparaten waarmee metallisch natrium- en chloorgas afzonderlijk kunnen worden verzameld. Deze methode om metallisch natrium te produceren is nog steeds erg praktisch.

Eenmaal vrijgegeven door elektrolyse, wordt het vloeibare metallische natrium afgevoerd, gekoeld en in blokken gesneden. Later wordt het opgeslagen in een inert medium, omdat natrium explosief kan reageren door contact met water of zuurstof uit de lucht.

Chloorgas wordt in de industrie voornamelijk geproduceerd door elektrolyse van natriumchloride in een goedkoper proces dan de productie van metallisch natrium.

Toepassingen

Industriële syntheses

-In de industrie worden elektrolytische cellen gebruikt bij het elektrolytisch raffineren en galvaniseren van verschillende non-ferrometalen. Bijna al het zeer zuivere aluminium, koper, zink en lood worden industrieel geproduceerd in elektrolytische cellen.

-Waterstof wordt geproduceerd door elektrolyse van water. Deze chemische procedure wordt ook gebruikt om zwaar water (D ₂ O) te verkrijgen.

-Metalen zoals Na, K en Mg worden verkregen door elektrolyse van gesmolten elektrolyten. Ook worden niet-metalen zoals fluoriden en chloriden verkregen door elektrolyse. Bovendien worden verbindingen zoals NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ en KMnO ₄ volgens dezelfde procedure gesynthetiseerd.

Coaten en verfijnen van metalen

-Het proces van het coaten van een inferieur metaal met een metaal van hogere kwaliteit staat bekend als galvaniseren. Het doel hiervan is om corrosie van het onderste metaal te voorkomen en aantrekkelijker te maken. Voor dit doel worden elektrolytische cellen gebruikt bij het galvaniseren.

-Onzuivere metalen kunnen worden verfijnd door elektrolyse. In het geval van koper worden zeer dunne metaalplaten op de kathode geplaatst en grote staven van het onzuivere koper om te zuiveren op de anode.

-Het gebruik van gefineerde items is gebruikelijk in de samenleving. Sieraden en tafelgerei zijn meestal van zilver; goud wordt elektrolytisch afgezet op sieraden en elektrische contacten. Veel objecten zijn voor decoratieve doeleinden bedekt met koper.

-De auto's hebben chromen stalen spatborden en andere onderdelen. Het verchromen van een autobumper vergt slechts 3 seconden verchroomde elektrodepositie om een ​​0,0002 mm dik glanzend oppervlak te produceren.

-Snelle elektrodepositie van metaal produceert zwarte en ruwe oppervlakken. Langzame elektrodepositie zorgt voor gladde oppervlakken. De "blikjes" zijn gemaakt van staal dat door elektrolyse met tin is bekleed. Soms worden deze blikken in een fractie van een seconde verchroomd, waarbij de dikte van de chroomlaag extreem dun is.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie. (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. eMedical Prep. (2018). Toepassingen van elektrolyse. Hersteld van: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolytische cel. Hersteld van: en.wikipedia.org
4. Prof. Shapley P. (2012). Galvanische en elektrolytische cellen. Hersteld van: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Research Web. (sf). Elektrolytische cellen. Hersteld van: chemed.chem.purdue.edu