Γιατί συλλέγεται υδρογόνο σε κάθοδο αντί για νάτριο κατά τη διάρκεια του χλωριούχου ηλεκτρόλυσης;
Βασικά στοιχεία ηλεκτρόλυσης
* ηλεκτρόλυση: Η διαδικασία χρήσης ενός ηλεκτρικού ρεύματος για την οδήγηση μιας μη σημερινής χημικής αντίδρασης.
* Καθεάνα: Το αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο όπου συμβαίνει η μείωση (κέρδος των ηλεκτρονίων).
* Άνοψη: Το θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο όπου συμβαίνει οξείδωση (απώλεια ηλεκτρονίων).
Οι αντιδράσεις
Κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης του NaCl, εμφανίζονται οι ακόλουθες αντιδράσεις:
* στην καθό (μείωση):
* 2H₂O (l) + 2e⁻ → H₂ (g) + 2OH⁻ (aq) Αυτή είναι η μείωση του νερού για τη σχηματισμό αερίου υδρογόνου.
* Στην άνοδο (οξείδωση):
* 2cl⁻ (aq) → cl₂ (g) + 2e⁻ Αυτή είναι η οξείδωση των ιόντων χλωριδίου για να σχηματίσουν αέριο χλωρίου.
Γιατί υδρογόνο, όχι νάτριο;
1. Ηλεκτροχημική σειρά: Η ηλεκτροχημική σειρά (ή η σειρά δραστηριοτήτων) απαριθμεί μέταλλα με τη σειρά της αντιδραστικότητας τους. Το νάτριο είναι ένα εξαιρετικά αντιδραστικό μέταλλο, που σημαίνει ότι χάνει εύκολα ηλεκτρόνια. Το υδρογόνο είναι λιγότερο αντιδραστικό.
* Το νάτριο είναι πιο πιθανό να οξειδωθεί (χάνουν ηλεκτρόνια) στην άνοδο, όχι στην κάθοδο.
* Το υδρογόνο είναι πιο πιθανό να μειωθεί (ηλεκτρόνια κέρδους) στην κάθοδο.
2. Η υπερτασική είναι η επιπλέον τάση που απαιτείται για να ξεπεραστεί το ενεργειακό φράγμα για να συμβεί μια αντίδραση. Η υπερτασική για τη μείωση των ιόντων νατρίου είναι σημαντικά υψηλότερη από αυτή για τη μείωση του νερού. Αυτό καθιστά τη μείωση του νερού στο υδρογόνο την πιο ευνοϊκή διαδικασία στην κάθοδο.
Συνοπτικά
* Ηλεκτροχημική αντιδραστικότητα: Το υδρογόνο είναι λιγότερο αντιδραστικό από το νάτριο, καθιστώντας πιο πιθανό να μειωθεί στην κάθοδο.
* overpotential: Η υπερτασική για τη μείωση του υδρογόνου είναι χαμηλότερη, ευνοώντας τον σχηματισμό του πάνω στο νάτριο.
Σημείωση: Εάν χρησιμοποιούσατε μια κάθοδο του υδραργύρου, η υπερπληρυντική για τη μείωση του νατρίου θα μειωθεί και μπορείτε να πάρετε μέταλλο νατρίου που παράγεται στην κάθοδο. Ωστόσο, αυτή είναι μια εξαιρετικά επικίνδυνη διαδικασία.
