ELEKTROLITIČKA ĆELIJA: DIJELOVI, NAČIN RADA I PRIMJENE - KEMIJA - 2025

Elektrolitska ćelija je medij u kojem se koristi energija ili električna struja provesti bez spontano oksid-redukcije. Sastoji se od dvije elektrode: anode i katode.

Na anodnoj (+) dolazi do oksidacije jer na ovom mjestu neki elementi ili spojevi gube elektrone; dok je u katodi (-) redukcija, jer u njoj neki elementi ili spojevi dobivaju elektrone.

Izvor: RodEz2, iz Wikimedia Commons

U elektrolitičkoj ćeliji dolazi do raspadanja nekih tvari, prethodno ioniziranih, procesom poznatim kao elektroliza.

Primjena električne struje stvara orijentaciju u kretanju jona u elektrolitičkoj ćeliji. Pozitivno nabijeni ioni (kationi) migriraju prema naboju za punjenje (-).

U međuvremenu, negativno nabijeni ioni (anioni) prelaze prema nabijenoj anodi (+). Ovaj prijenos naboja predstavlja električnu struju (gornja slika). U ovom se slučaju električna struja provodi otopinama elektrolita prisutnih u spremniku elektrolitičke ćelije.

Faradayev zakon elektrolize kaže da je količina tvari koja prolazi oksidaciju ili redukciju na svakoj elektrodi izravno proporcionalna količini električne energije koja prolazi kroz stanicu ili ćeliju.

dijelovi

Elektrolitička ćelija sastoji se od spremnika u koji se odlaže materijal koji će proći reakcije izazvane električnim nabojem.

Spremnik ima par elektroda koje su spojene na bateriju istosmjerne struje. Elektrode koje se obično koriste izrađene su od inertnog materijala, odnosno ne sudjeluju u reakcijama.

Ampermetar se može spojiti serijski s baterijom za mjerenje intenziteta struje koja protječe kroz otopinu elektrolita. Također, paralelno se postavlja voltmetar za mjerenje razlike napona između para elektroda.

Kako djeluje elektrolitička ćelija?

Elektroliza rastaljenog natrijevog klorida

Staljeni natrijev klorid je preferiran u odnosu na kruti natrijev klorid, jer posljednji ne provodi struju. Ioni vibriraju u vašim kristalima, ali ne mogu se slobodno kretati.

Katodna reakcija

Elektrode od grafita, inertnog materijala, povezane su na stezaljke akumulatora. Elektroda je spojena na pozitivni terminal akumulatora, koji čini anodu (+).

U međuvremenu je druga elektroda spojena na negativni terminal akumulatora, koji čini katodu (-). Kad struja teče iz baterije, uočava se sljedeće:

U katodi (-) dolazi do redukcije Na ⁺ iona, koji se nakon dobivanja elektrona pretvara u metalni Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Srebrno bijeli metalni natrij lebdi na vrhu rastopljenog natrijevog klorida.

Anodna reakcija

Naprotiv, u anode (+) oksidacija Cl ^- ion odvija, jer gubi elektrone i transformira se u plinovitog klora (Cl ₂), što je proces koji se očituje pojavom u anode od plina blijedozelena boja. Reakcija koja se događa na anodi može se naznačiti na sljedeći način:

2 Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Formiranje metalnih Na i Cl ₂ plin iz NaCl nije spontano proces, koji zahtijeva temperature više od 800º C, da se dogodi. Električna struja daje energiju da se navedena transformacija odvija na elektrodama elektrolitičke ćelije.

Elektroni se troše na katodi (-) u procesu redukcije i nastaju na anodi (+) tijekom oksidacije. Stoga elektroni struje kroz vanjski krug elektrolitičke ćelije od anode do katode.

Baterija istosmjerne struje isporučuje energiju da elektroni spontano struju od anode (+) do katode (-).

Dolje ćelije

Down ćelija je prilagodba elektrolitičke ćelije koja je opisana i koja se koristi za industrijsku proizvodnju metalnog Na i plina klora.

Dolenova elektrolitička ćelija ima uređaje koji omogućavaju odvojeno prikupljanje metalnih plinova natrija i klora. Ova metoda proizvodnje metalnog natrija još je uvijek vrlo praktična.

Jednom oslobođenom elektrolizom tekući metalni natrij se isuši, ohladi i isječe na blokove. Kasnije se skladišti u inertnom mediju jer natrij može eksplozivno reagirati kontaktom s vodom ili atmosferskim kisikom.

Plin klora proizvodi se u industriji uglavnom elektrolizom natrijevog klorida u jeftinijem procesu od proizvodnje metalnog natrija.

Prijave

Industrijske sinteze

-U industriji se elektrolitičke stanice koriste za elektrorefiniranje i galvansko oblaganje različitih obojenih metala. Gotovo svi aluminij, bakar, cink i olo visoke čistoće proizvode se industrijski u elektrolitičkim ćelijama.

-V vodik nastaje elektrolizom vode. Ovaj kemijski postupak se također koristi za dobivanje teške vode (D ₂ O).

-Metali kao Na, K i Mg dobivaju se elektrolizom rastopljenih elektrolita. Također, nemetali poput fluorida i klorida dobivaju se elektrolizom. Osim toga, spojevi kao što je NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ i KMnO ₄ se sintetizira istim postupkom.

Prevlačenje i rafiniranje metala

-Postupak premazivanja slabijeg metala kvalitetnijim metalom poznat je i kao galvansko oblaganje. Svrha toga je spriječiti koroziju donjeg metala i učiniti ga privlačnijim. U ovu svrhu koriste se elektrolitičke ćelije.

-Nečišćeni metali mogu se rafinirati elektrolizom. U slučaju bakra, na katodu se postavljaju vrlo tanki listovi metala, a na anodi se nalaze velike šipke nečistog bakra.

- Upotreba furniranih predmeta uobičajena je u društvu. Nakit i pribor za jelo obično su srebrni; zlato se elektropolaga na nakit i električne kontakte. Mnogi su predmeti prekriveni bakrom u ukrasne svrhe.

- Automobili imaju blatobrana od kromiranog čelika i druge dijelove. Kromiranom braniku automobila treba samo 3 sekunde kromiranim elektrodepozicijom da se dobije sjajna površina debljine 0,0002 mm.

- Brzo elektropolaganje metala stvara crne i hrapave površine. Sporim elektrodepozicijom nastaju glatke površine. "Limenke" izrađene su od čelika obloženog kositrom elektrolizom. Ponekad se te kante kromiraju u djeliću sekunde, s debljinom sloja kroma izuzetno tankom.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. eMedical Prep. (2018.). Primjene elektrolize. Oporavilo od: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018.). Elektrolitička ćelija. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
4. Prof. Shapley P. (2012). Galvanske i elektrolitičke ćelije. Oporavak od: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Research Web. (SF). Elektrolitičke ćelije. Oporavak od: chemed.chem.purdue.edu