Що таке електроліз? Чим відрізняється гальванічний елемент від електролізера?
При проходженні електричного струму через метали (провідники I роду) вони залишаються незмінними. При проходженні електричного струму через розплави або розчини електролітів (провідники II роду) на електродах протікають процеси перетворення одних речовин в інші.
При проходженні постійного електричного струму через розплав електроліту катіони переміщуються до негативного електрода (катода) і розряджаються на електроді, аніони переміщуються до позитивного електрода (анода) і розряджаються на електроді
В результаті цих електрохімічних процесів електроліт розкладається (може відбуватися руйнування анода). Такий процес називають Електроліз.
Електроліз – це розкладання хімічної сполуки під дією електричного струму, що супроводжується розрядом іонів
При електролізі слід розрізняти два паралельних напівпроцеси:
- На катоді іони, які знаходяться в розплаві або в розчині отримують електрони, тобто відбувається відновлення іонів;
- На аноді іони, які знаходяться в розплаві або в розчині віддають електрони, тобто відбувається окиснення іонів.
Приклад.
В розплаві натрій хлориду при проходженні через нього постійного електричного струму протікають наступні електрохімічні процеси. На катоді розряджаються (відновлюються) іони Na+, а на аноді розряджаються (окиснюються) іони Cl-:
NaCl = Na+ + Cl–
Катод: Na+ + e– = Na0 (відновлення)
Анод: Cl– – e– = Cl0 (окиснення)
2Cl0 = Cl2 (утворення молекул)
Загальне рівняння процесу, що протікає в розплаві NaCl під дією електричного струму:
2NaCl → 2Na + Cl2
Електроліз – це окисно-відновний процес, при якому напів-процеси окиснення і відновлення відокремлені один від одного в просторі
Напів-процеси, які відбуваються при електролізі, називають: анодне окиснення і катодне відновлення.
Принципова відмінність у дії гальванічного елемента і електролізера полягає в тому, що процеси, які відбуваються в них, мають протилежні напрямки.
Гальванічний елемент – джерело електричного струму;
Електролізер – споживач електричного струму.
В гальванічному елементі хімічна енергія перетворюється в електричну; утворюються речовини менш енергоємні, ніж вихідні.
В електролізері, навпаки, електрична енергія перетворюється в хімічну; утворюються речовини більш енергоємні, ніж вихідні.
В замкненому гальванічному ланцюзі електрохімічні процеси окиснення і відновлення протікають самодовільно.
В електролізері електрохімічні процеси окиснення і відновлення йдуть тільки під зовнішнім впливом електричного струму, тобто самодовільно ці процеси не протікають.
В гальванічному елементі негативний електрод – анод, а позитивний електрод – катод
В електролізері негативний електрод – катод, а позитивний електрод – анод
В загальному випадку назва електрода визначається назвою частки. Якщо електрод віддає (гальванічний елемент) або притягує (електролізер) позитивно заряджені частинки катіони, то такий електрод називають Катод. Якщо електрод віддає (гальванічний елемент) або притягує (електролізер) негативно заряджені частинки аніони, то такий електрод називають Анод.
Позначення “негативний” і “позитивний” завжди стосується полюсів джерела електричного струму: стосовно електролізерів під позитивним і негативним електродами розуміють відповідні полюса джерела електричного струму, до яких підключені електроди електролізера.
І в гальванічному елементі, і в електролізері на негативному електроді утворюється надлишок електронів, на позитивному електроді утворюється нестача електронів.
Терміни “катод” і “анод” пов’язані тільки з напрямком потоку електронів через електроди, які представляють собою матеріали з електронною провідністю і на поверхні яких відбувається перехід електричного струму від провідника I роду (металу) до провідника II роду (електроліту).
Катод – це електрод, через який потік електронів входить в гальванічний елемент або електролізер і на якому відбуваються процеси відновлення через наявність надлишку електронів.
Анод – це електрод, через який потік електронів виходить з гальванічного елемента або електролізера і на якому відбуваються процеси окиснення внаслідок нестачі електронів.
В електролізній комірці на негативному електроді – катоді протікає відновлення, а на позитивному електроді – аноді – окиснення:
Катод: Na+ + e– = Na
Анод: 2Cl– – 2e– = Cl2
В гальванічному елементі на позитивному електроді – катоді протікає відновлення, а на негативному електроді – аноді – окиснення:
Катод: Cu2+ + 2e– = Cu
Анод: Zn – 2e– = Zn2+