Πώς λειτουργεί η ηλεκτρόλυση;
1. Η ρύθμιση:
* ηλεκτρολύτης: Διάλυμα ή τετηγμένη ουσία που περιέχει ιόντα (φορτισμένα άτομα ή μόρια). Αυτό λειτουργεί ως μέσο για την ηλεκτρική αγωγιμότητα.
* ηλεκτρόδια: Δύο αγώγιμα υλικά (συνήθως μέταλλα) βυθίζονται στον ηλεκτρολύτη. Χρησιμεύουν ως σημεία όπου το ηλεκτρικό ρεύμα εισέρχεται και αφήνει το σύστημα.
* Πηγή τροφοδοσίας άμεσης ρεύματος (DC): Μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, όπως μια μπαταρία ή τροφοδοσία ρεύματος, που παρέχει μια συνεχή ροή ηλεκτρονίων προς μία κατεύθυνση.
2. Η διαδικασία:
* Σύνδεση ηλεκτροδίου: Η πηγή ισχύος DC συνδέεται με τα ηλεκτρόδια. Ένα ηλεκτρόδιο γίνεται το άνοδο , η οποία είναι θετικά φορτισμένη και προσελκύει αρνητικά φορτισμένα ιόντα (Anions). Το άλλο ηλεκτρόδιο είναι η κάθοδος , η οποία είναι αρνητικά φορτισμένη και προσελκύει θετικά φορτισμένα ιόντα (κατιόντα).
* ηλεκτροχημικές αντιδράσεις: Όταν εφαρμόζεται το ρεύμα, συμβαίνει τα ακόλουθα:
* Άνοψη: Τα ανιόντα χάνουν ηλεκτρόνια (οξείδωση) και μετατρέπονται σε ουδέτερα άτομα ή μόρια. Αυτά τα άτομα ή τα μόρια μπορούν να απελευθερωθούν ως αέριο, να διαλυθούν στον ηλεκτρολύτη ή να κατατεθούν στην ίδια την άνοδο.
* Καθεάνα: Τα κατιόντα κερδίζουν ηλεκτρόνια (μείωση) και μετατρέπονται σε ουδέτερα άτομα ή μόρια. Αυτά τα άτομα ή τα μόρια μπορούν να απελευθερωθούν ως αέριο, να διαλυθούν στον ηλεκτρολύτη ή να εναποτίθενται στην κάθοδο.
* Κίνηση ιόντων: Τα ιόντα στον ηλεκτρολύτη κινούνται προς το αντίθετα φορτισμένο ηλεκτρόδιο, ολοκληρώνοντας το ηλεκτρικό κύκλωμα.
3. Παραδείγματα:
* ηλεκτρόλυση νερού: Το νερό αποσυντίθεται σε αέριο υδρογόνου και οξυγόνου:
* Άνοψη: 2H2O → O2 + 4H + + 4E-
* Καθεάνα: 4H + + 4E- → 2Η2
* Electroplating: Τα μεταλλικά ιόντα από ένα διάλυμα εναποτίθενται σε μια αγώγιμη επιφάνεια:
* Άνοψη: Μεταλλικό → μεταλλικά ιόντα + ηλεκτρόνια
* Καθεάνα: Μεταλλικά ιόντα + ηλεκτρόνια → μέταλλο
* Διαδικασία chlor-Alkali: Το αλμυρό νερό ηλεκτρολύνεται για την παραγωγή αερίου χλωρίου, υδροξειδίου του νατρίου και αερίου υδρογόνου:
* Άνοψη: 2cl- → cl2 + 2e-
* Καθεάνα: 2Η2Ο + 2Ε- → H2 + 2OH-
Βασικά σημεία:
* Η ηλεκτρόλυση απαιτεί πηγή τροφοδοσίας DC.
* Η διαδικασία περιλαμβάνει αντιδράσεις οξειδοαναγωγής (οξείδωση και μείωση).
* Τα προϊόντα της ηλεκτρόλυσης εξαρτώνται από τον τύπο του ηλεκτρολύτη και τα ηλεκτρόδια που χρησιμοποιούνται.
Η ηλεκτρόλυση έχει πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής χημικών ουσιών, μετάλλων και καυσίμου υδρογόνου. Διαδραματίζει επίσης καθοριστικό ρόλο στην προστασία του περιβάλλοντος με την απομάκρυνση των ρύπων από τα λύματα.
