Cos'è l'elettrolisi in chimica?

Per prima cosa, proviamo a capire cos'è l'elettrolisi. Queste sono reazioni chimiche che si verificano sotto l'influenza della corrente elettrica sugli elettrodi, che sono collocati nella soluzione di fusione o elettrolita.

Alcuni concetti teorici

Un elettrolita è una sostanza che conduce elettricità. Gli elettrodi sono di due tipi. Il catodo è un elettrodo caricato negativamente, su di esso si verifica una reazione di riduzione.

L'anodo è chiamato elettrodo caricato positivamente, dove viene eseguito il restauro.

Utilizzo del processo

L'elettrolisi delle soluzioni viene utilizzata in vari rami dell'industria moderna. Nell'industria chimica, utilizzando questo processo, si ottengono cloro, alcali, perclorato, clorato, persolfato, sostanza organica, permanganato di potassio, acido persolfurico, fluoro, ossigeno, idrogeno e altri prodotti di valore.

Nella metallurgia non ferrosa, l'elettrolisi dei fusi viene utilizzata per estrarre il metallo puro dai minerali. I metalli che non possono essere isolati a causa dell'elevato potenziale negativo da soluzioni acquose sono ottenuti nella metallurgia non ferrosa mediante elettrolisi di fusione. Tra i metalli prodotti dall'elettrolisi dei cosiddetti fluidi, notiamo magnesio, alluminio, uranio, berillio, zirconio.

L'elettrolisi viene utilizzata nell'ingegneria meccanica, nell'industria elettronica, nella radioingegneria, nella stampa, al fine di applicare rivestimenti metallici sottili sui prodotti, proteggendoli dalla corrosione, aumentando la resistenza all'usura, aumentando la resistenza al calore.

Sfondo storico

Cos'è l'elettrolisi? Questa è una delle aree più importanti dell'elettrochimica. La scienza nacque alla fine dei secoli 18-19. Fu durante questo periodo che gli esperimenti furono condotti dal fisiologo italiano L. Galvani e dal fisico A. Volt. Alla fine del XVIII secolo apparvero le prime fonti di corrente chimica. All'inizio del XX secolo, l'elettrochimica iniziò a studiare i processi elettrochimici. È stato stabilito sperimentalmente che la corrente elettrica, passando attraverso soluzioni acquose di sali, provoca trasformazioni chimiche che portano alla formazione di nuovi composti.

Discutendo su cosa sia l'elettrolisi, notiamo che si tratta di un complesso insieme di processi: migrazione ionica, diffusione, reazioni elettrochimiche a scarica ionica, reazioni chimiche secondarie dei prodotti di elettrolisi l'una con l'altra.

Classificazione del processo

Parlando di cos'è l'elettrolisi, è necessario soffermarsi sulla classificazione dei processi elettrolitici. Sono divisi in:

• produzione di composti inorganici (cloro, ossigeno, idrogeno);
• la formazione di metalli (magnesio, rame, alluminio, potassio, sodio, berillio, argento, rame);
• ottenere rivestimenti metallici e galvanici;
• nitrurazione, lucidatura elettrica, boronizzazione della superficie metallica;
• applicazione del film mediante elettroforesi;
• dissalazione dell'acqua ed elettrodialisi;
• produzione di una varietà di sostanze organiche.

Esperimenti di elettrolisi

Come si fa l'equazione dell'elettrolisi? Questo processo ha luogo negli elettroliti. È possibile collegare con due elettrodi di carbonio i fili che provengono dalla rete di illuminazione.

In uno di essi accendere la lampada elettrica, che confermerà la presenza nel circuito della corrente elettrica. Le estremità libere degli elettrodi possono essere collocate in sale da cucina secco o acido solforico anidro.

La lampada non brucia perché le sostanze non sono in grado di condurre corrente elettrica e il circuito rimane aperto. Un risultato simile si osserva nel caso in cui gli elettrodi sono immersi in un bicchiere con acqua distillata.

Quando una piccola quantità di sale, alcali e acido si scioglie in acqua, si osserva una luminescenza luminosa.

Quando gli elettrodi vengono abbassati in una soluzione di glicerina o zucchero, la lampada smette di brillare.

Questo esperimento, naturalmente, conferma la conduttività di sali, basi, soluzioni acide di corrente elettrica.

Quando la corrente elettrica passa attraverso soluzioni o fusioni, si osservano cambiamenti chimici, che sono espressi nel rilascio di prodotti di decomposizione di un solvente o di un soluto.

Qual è il processo nel caso del sale da cucina

Durante le osservazioni sperimentali, è stato notato che l'elettrolisi di una soluzione acquosa di cloruro di sodio porta alla formazione di idrogeno al catodo, il rilascio di cloro gassoso sull'anodo. Come descrivere matematicamente questo processo? L'elettrolisi del cloruro di sodio si verifica nel fuso, portando alla comparsa di un metallo alcalino puro al catodo e al cloro gassoso sull'anodo.

... e cloruro di magnesio

Dopo aver passato una corrente eclettica attraverso una fusione di cloruro di magnesio, si osserva la comparsa di cationi di magnesio e anioni di cloro.

Sul catodo si osserva la riduzione dei cationi di magnesio nel metallo puro, gli anioni di cloro, andando all'anodo, donano elettroni, avviene il processo di ossidazione. L'elettrolisi del cloruro di magnesio può essere scritta come un'equazione riassuntiva:

MgCl ₂ = Mg + Cl ₂

Caratteristiche dell'elettrolisi nelle soluzioni

È importante tenere conto del fatto che, oltre agli ioni elettroliti, esistono anche soluzioni di dissociazione dell'acqua nella soluzione: cationi di idrogeno e anioni del gruppo ossidrile. Questo è il motivo per cui il catodo può scaricare sia il catione elettrolitico che il protone dell'idrogeno. All'anodo, gli ioni idrossile e gli anioni di elettrolita vengono scaricati.

Inoltre, le molecole d'acqua possono subire una riduzione elettrochimica o ossidazione.

Con un'attenta considerazione dei processi catodici che si verificano durante l'elettrolisi di una soluzione acquosa, è importante tenere conto del potenziale potenziale di riduzione dei protoni di idrogeno. Dipende dalla concentrazione di cationi di idrogeno, con un valore di -0, 41 V.

Se c'è un metallo nella soluzione elettrolitica, in cui il potenziale dell'elettrodo ha un valore più positivo, quindi, il catodo verrà ripristinato nel quadro dell'elettrolisi. Questa affermazione si applica a quei metalli che si trovano vicino all'idrogeno nella serie elettrochimica delle sollecitazioni di Beketov. Con un valore più negativo del potenziale dell'elettrodo rispetto a quello dei cationi dell'idrogeno, il metallo non si ripristina al catodo. In questi casi, l'idrogeno si accumula su questo elettrodo.

Se il potenziale del metallo è simile al valore di -0,41 V, è ammessa la formazione simultanea di idrogeno e metallo puro sul catodo.

La natura del processo catodico nel caso di elettrolisi di una soluzione di sale (alcali) è influenzata dalla posizione del metallo in una serie di tensioni elettrochimiche dei metalli di Beketov.

Nell'analizzare i processi che si verificano nell'anodo, è necessario tener conto del fatto che l'ossidazione del materiale dell'anodo è possibile. Ecco perché l'elettrochimica separerà un anodo inerte e un elettrodo costituito dal loro anodo attivo.

Inerte è l'anodo in cui il materiale non subisce l'ossidazione come parte del processo di elettrolisi. L'attivo è considerato un anodo che può ossidarsi durante l'elettrolisi.

Per gli anodi inerti scegliere platino, carbone, grafite. Questa opzione è considerata nel corso di chimica scolastica.

Esempi tipici di elettrolisi di soluzioni acquose

Iniziamo con le peculiarità dell'elettrolisi in una soluzione di cloruro di rame (2). Poiché questo metallo nella serie elettrochimica di attività del metallo si trova a destra dell'idrogeno, il rame metallico si forma sul catodo. Gli ioni di cloruro vengono scaricati nello spazio anodico, formando cloro gassoso. Lo schema del processo è presentato nella seguente forma:

• Catodo: Cu ²⁺ 2e = Cu.
• Anodo: 2Cl ^- -2 e = Cl _2.

Equazione cumulativa:

• CuCl ₂ = Cu + Cl _2.

Qual è l'elettrolisi di una soluzione acquosa di solfato di sodio? Poiché il sodio si trova nell'intervallo di attività del metallo a sinistra dell'idrogeno, al catodo si osserva la formazione di idrogeno molecolare. Inoltre, gli ioni idrossido si accumulano nello spazio catodico.

L'ossigeno gassoso viene rilasciato sull'anodo e gli ioni idrossido si accumulano vicino a questo elettrodo.

Poiché i cationi di sodio e gli ioni solfato rimangono in soluzione, questa parte della soluzione rimane elettricamente neutra. Lo schema di tale elettrolisi può essere rappresentato come segue:

• 2Na ₂ SO ₄ + 6H ₂ O = 4NaOH + 2H ₂ SO ₄ + O ₂ + 2H ₂

Fattori che influenzano il processo di elettrolisi

L'efficacia di questa reazione chimica è valutata da diversi fattori, tra i quali si possono notare: tensione, amperaggio, efficienza corrente, efficienza, consumo di energia elettrica per unità del prodotto risultante, densità di corrente.

La forza attuale caratterizza le prestazioni dell'elettrolizzatore. E più è alto, maggiore è la quantità di prodotto che si forma sugli elettrodi.

L'uscita di corrente consente di tenere conto dell'efficacia dell'applicazione della quantità di corrente elettrica passata attraverso l'elettrolizzatore.