Arus elektrik dalam elektrolit

Arus elektrik dalam elektrolit sentiasa berkaitan dengan pemindahan jirim. Dalam logam dan semikonduktor, sebagai contoh, jirim apabila arus melaluinya tidak dipindahkan, kerana dalam media ini elektron dan lubang adalah pembawa arus, tetapi dalam elektrolit ia dipindahkan. Ini kerana dalam elektrolit, ion bercas positif dan negatif bahan bertindak sebagai pembawa cas bebas, bukan elektron atau lubang sama sekali.

Sebatian cair daripada banyak logam, serta beberapa pepejal, tergolong dalam elektrolit. Tetapi wakil utama jenis konduktor ini, yang digunakan secara meluas dalam teknologi, adalah larutan akueus asid, bes dan garam tak organik.

Bahan, apabila arus elektrik melalui medium elektrolit, dilepaskan pada elektrod. Fenomena ini dipanggil elektrolisis… Apabila arus elektrik melalui elektrolit, ion-ion bahan yang bercas positif dan negatif bergerak serentak ke arah yang bertentangan.

Ion bercas negatif (anion) bergegas ke elektrod positif sumber arus (anod), dan ion bercas positif (kation) ke kutub negatifnya (katod).

Sumber ion dalam larutan akueus asid, bes dan garam adalah molekul neutral, sebahagian daripadanya terbelah di bawah tindakan daya elektrik yang dikenakan. Fenomena pemisahan molekul neutral ini dipanggil disosiasi elektrolitik. Sebagai contoh, kuprum klorida CuCl2 terurai pada penceraian dalam larutan akueus kepada ion klorida (bercas negatif) dan kuprum (bercas positif).

Apabila elektrod disambungkan kepada sumber arus, medan elektrik mula bertindak ke atas ion dalam larutan atau cair, kerana anion klorin bergerak ke anod (elektrod positif) dan kation kuprum ke katod (elektrod negatif).

Apabila mencapai elektrod negatif, ion kuprum yang bercas positif dinetralkan oleh elektron berlebihan pada katod dan menjadi atom neutral yang dimendapkan pada katod. Apabila mencapai elektrod positif, ion klorin bercas negatif menderma satu elektron setiap satu semasa interaksi dengan cas positif pada anod. Dalam kes ini, atom klorin neutral yang terbentuk bergabung secara berpasangan untuk membentuk molekul Cl2, dan klorin dibebaskan dalam bentuk gelembung gas di anod.

Selalunya, proses elektrolisis disertai dengan interaksi produk penceraian (ini dipanggil tindak balas sekunder), apabila produk penguraian yang dikeluarkan pada elektrod berinteraksi dengan pelarut atau secara langsung dengan bahan elektrod. Ambil, sebagai contoh, elektrolisis larutan akueus kuprum sulfat (kuprum sulfat - CuSO4).Dalam contoh ini, elektrod akan diperbuat daripada kuprum.

Molekul kuprum sulfat berpisah untuk membentuk ion kuprum bercas positif Cu + dan ion sulfat bercas negatif SO4-. Atom kuprum neutral diendapkan sebagai endapan pepejal pada katod. Dengan cara ini, kuprum tulen secara kimia diperolehi.

Ion sulfat menderma dua elektron kepada elektrod positif dan menjadi radikal neutral SO4, yang segera bertindak balas dengan anod kuprum (tindak balas anod sekunder). Hasil tindak balas di anod ialah kuprum sulfat, yang masuk ke dalam larutan.

Ternyata apabila arus elektrik melalui larutan akueus kuprum sulfat, anod kuprum secara beransur-ansur larut dan kuprum memendakan pada katod.Dalam kes ini, kepekatan larutan akueus kuprum sulfat tidak berubah.

Pada tahun 1833, ahli fizik Inggeris Michael Faraday, dalam perjalanan kerja eksperimen, menubuhkan undang-undang elektrolisis, yang kini dinamakan sempena namanya.

Undang-undang Faraday membolehkan anda menentukan jumlah produk utama yang dilepaskan pada elektrod semasa elektrolisis. Undang-undang menyatakan perkara berikut: "Jisim m bahan yang dibebaskan pada elektrod semasa elektrolisis adalah berkadar terus dengan cas Q yang telah melalui elektrolit."

Faktor perkadaran k dalam formula ini dipanggil setara elektrokimia.

Jisim bahan yang dibebaskan pada elektrod semasa elektrolisis adalah sama dengan jumlah jisim semua ion yang datang ke elektrod ini:

Formula mengandungi cas q0 dan jisim m0 ion, serta cas Q yang melalui elektrolit. N ialah bilangan ion yang tiba di elektrod apabila cas Q melalui elektrolit.Oleh itu, nisbah jisim ion m0 kepada casnya q0 dipanggil setara elektrokimia bagi k.

Oleh kerana cas ion secara berangka sama dengan hasil kali valens bahan dan cas asas, persamaan kimia boleh diwakili dalam bentuk berikut:

Di mana: Na ialah pemalar Avogadro, M ialah jisim molar bahan, F ialah pemalar Faraday.

Malah, pemalar Faraday boleh ditakrifkan sebagai jumlah cas yang mesti melalui elektrolit untuk membebaskan satu mol bahan monovalen pada elektrod. Hukum Faraday elektrolisis kemudian mengambil bentuk:

Fenomena elektrolisis digunakan secara meluas dalam pengeluaran moden. Sebagai contoh, aluminium, kuprum, hidrogen, mangan dioksida dan hidrogen peroksida dihasilkan secara industri melalui elektrolisis. Banyak logam diekstrak daripada bijih dan diproses melalui elektrolisis (pemurnian elektrik dan pengekstrakan elektro).

Juga, terima kasih kepada elektrolisis, sumber arus kimia… Elektrolisis digunakan dalam rawatan air sisa (elektroekstraksi, elektrokoagulasi, pengapungan elektrik). Banyak bahan (logam, hidrogen, klorin, dll.) diperoleh melalui elektrolisis untuk penyaduran dan penyaduran elektrik.

Lihat juga:Pengeluaran hidrogen melalui elektrolisis air — teknologi dan peralatan