U talinama i vodenim otopinama elektrolita nalaze se slobodni, pokretljivi ioni, koji se pod utjecajem električnog polja gibaju prema suprotno nabijenoj elektrodi. Na elektrodama u elektroliznom članku zbivaju se redoks-reakcije. U galvanskom članku istosmjerna struja nastaje, dok se u elektroliznom članku ona troši.
Rastavljanje tvari djelovanjem električne struje zove se
Elektroliza je redoks-reakcija koja se ne zbiva spontano, već isključivo djelovanjem električne struje. Provodi se u elektroliznom članku u kojem se električna energija pretvara u kemijsku.
Elektrolizni članak se sastoji od posude s elektrolitom, u koji su uronjene dvije elektrode spojene na izvor istosmjerne struje.
Anoda se spaja na pozitivni pol, a katoda na negativni pol izvora električne struje.
Elektrode mogu biti od istovrsnoga (grafitne olovke) ili različitoga materijala, ovisno o elektrolitu.
Elektrolit može biti talina ili vodena otopina neke soli, kiseline ili lužine.
Nakon što se elektrode urone u elektrolit i spoje na izvor istosmjerne struje dolazi do procesa elektolize.
Na
Natrijev klorid, NaCl (s) je ionski kristal.
Zagrijavanjem u metalnom lončiću iznad 800 °C, natrijev klorid (NaCl) se rastali
Na taj način nastaje talina, elektrolit u kojem se nalaze natrijevi (Na+) i kloridni (Cl–) ioni.
Ioni se slobodno gibaju u svim smjerovima. U talinu se urone grafitne elektrode.
Grafitne elektrode se spoje električnim vodičima na bateriju.
Elektrolizu vode najbolje je izvesti u Hofmannovu aparatu s platinskim elektrodama jer se može pratiti kvalitativni i kvantitativni tijek reakcije.
Voda je slabi elektrolit.
U vodu je potrebno dodati malo razrijeđene sumporne kiseline (H2SO4) da bi joj se povećala vodljivost.
Pri elektrolizi vode na elektrodama se odvijaju sljedeće reakcije:
U vodenim se otopinama, osim molekula vode, nalaze i ioni disociranih soli, kiselina ili lužina.
Tada se na elektrodama reduciraju ili oksidiraju oni ioni ili molekule za čiju je reakciju potrebna manja (<) energija.
Pozorno pogledajte videozapis koji prikazuje elektrolizu vodene otopine natrijeva klorida (NaCl).
Budući da je standardni redukcijski potencijal natrija
(Eº (Na+/Na) = – 2,71 V) negativniji u odnosu na standardni redukcijski potencijal vode. (Eº (H2O/H2) = – 0,83 V), na katodi dolazi do redukcije molekula vode. Stoga se elektroliza vodene otopine natrijeva klorida prikazuje jednadžbama kemijskih reakcija:
Produkti elektrolize zasićene vodene otopine natrijeva klorida (NaCl) su:
Elektrolizom vodenih otopina soli u kojima se nalaze kationi alkalijskih i zemnoalkalijskih metala te aluminijevi ili amonijevi kationi, na katodi će se reducirati molekule vode.
Ako se u vodenim otopinama soli nalaze anioni u kojima je oksidacijski broj središnjeg atoma maksimalan (npr. oksidacijski broj atoma sumpora (S) u sulfatnom ionu je VI), na anodi će se oksidirati molekule vode.
Kvantitativne odnose pri elektrolizi ispitivao je Michael Faraday i dokazao da postoji izravna kvantitativna veza između mase izlučene tvari na elektrodi i ukupnog naboja koji prođe kroz elektrolizni članak.
I. Faradayjev zakon:
Masa tvari (m) izlučena na elektrodi proporcionalna je množini (n) elektriciteta koja je prošla kroz elektrolit.
II. Faradayjev zakon:
Množine tvari (n) izlučene na elektrodama (serijski spojenih elektrolizera) istom
množinom (n) elektriciteta odnose se obrnuto proporcionalno broju izmijenjenih
elektrona u tim reakcijama.
Množina tvari (n) koje nastanu elektrolizom ovisi o:
-električnom naboju, Q, koji proteče kroz elektrolizer,
-vremenu trajanja elektrolize (t)
-broju elektrona koji sudjeluju u redoks-reakciji, (z)
Množina (n) električnog naboja jednaka (=) je umnošku (∙) jakosti (I) električne struje i vremenu trajanja elektrolize, t.
Električni naboj koji prenosi 1 mol elektrona naziva se Faradayeva [Faradejeva] konstanta, F.
Primjer:
Korak 2.
Na temelju parcijalnih jednadžbi redukcije može se zaključiti da na katodi prvog elektroliznog članka nastaje 1 mol atoma Ag, na katodi drugog mola 1/2 atoma Ni i na katodi trećeg elektroliznog članka mola 1/3 atoma Cr.
Odgovor:
U serijski spojenim elektroliznim člancima, uz istu količinu naboja, izlučit će se 107,9 g srebra, 29,3 g nikla i 17,3 g kroma
Isprobaj potpuno besplatno!
Registracijom dobivaš besplatan*
pristup dijelu lekcija za svaki predmet.
8. Električna struja konstantne jakosti prolazi kroz dva serijski spojena elektrolizna članka u kojima su elektrode načinjene od platine. U članku \( \mathbf{A} \) nalazi se vodena otopina srebrova nitrata, a u članku \( \mathbf{B} \) vodena otopina bakrova(II) klorida.