Curentul electric în electroliți

Curentul electric din electroliți este întotdeauna legat de transferul de materie. În metale și semiconductori, de exemplu, materia când trece curentul prin ele nu este transferată, deoarece în aceste medii electronii și găurile sunt purtători de curent, dar în electroliți sunt transferați. Acest lucru se datorează faptului că în electroliți, ionii încărcați pozitiv și negativ ai substanței acționează ca purtători de sarcini libere, nu electroni sau găuri deloc.

Compușii topiți ai multor metale, precum și unele solide, aparțin electroliților. Dar principalii reprezentanți ai acestui tip de conductori, care sunt utilizați pe scară largă în tehnologie, sunt soluțiile apoase de acizi anorganici, baze și săruri.

Substanța, atunci când un curent electric trece prin mediul electrolitic, este eliberată pe electrozi. Acest fenomen se numește electroliză… Când un curent electric trece prin electrolit, ionii încărcați pozitiv și negativ ai substanței se mișcă simultan în direcții opuse.

Ionii încărcați negativ (anionii) se îndreaptă spre electrodul pozitiv al sursei de curent (anodul), iar ionii încărcați pozitiv (cationii) către polul său negativ (catodul).

Sursele de ioni din soluțiile apoase de acizi, baze și săruri sunt molecule neutre, dintre care unele se divid sub acțiunea unei forțe electrice aplicate. Acest fenomen de scindare a moleculelor neutre se numește disociere electrolitică. De exemplu, clorura de cupru CuCl2 se descompune prin disociere în soluție apoasă în ioni de clorură (încărcat negativ) și cupru (încărcat pozitiv).

Când electrozii sunt conectați la o sursă de curent, câmpul electric începe să acționeze asupra ionilor dintr-o soluție sau topitură, deoarece anionii de clor se deplasează la anod (electrodul pozitiv) și cationii de cupru la catod (electrodul negativ).

La atingerea electrodului negativ, ionii de cupru încărcați pozitiv sunt neutralizați de electronii în exces la catod și devin atomi neutri care se depun pe catod. La atingerea electrodului pozitiv, ionii de clor încărcați negativ donează câte un electron în timpul interacțiunii cu sarcina pozitivă de pe anod. În acest caz, atomii de clor neutri formați se combină în perechi pentru a forma molecule de Cl2, iar clorul este eliberat sub formă de bule de gaz la anod.

Adesea, procesul de electroliză este însoțit de interacțiunea produselor de disociere (aceasta se numește reacții secundare), când produsele de descompunere eliberate pe electrozi interacționează cu solventul sau direct cu materialul electrodului. Luați, de exemplu, electroliza unei soluții apoase de sulfat de cupru (sulfat de cupru - CuSO4).În acest exemplu, electrozii vor fi fabricați din cupru.

Molecula de sulfat de cupru se disociază pentru a forma un ion de cupru încărcat pozitiv Cu + și un ion sulfat încărcat negativ SO4-. Atomii neutri de cupru sunt depuși ca un depozit solid pe catod. În acest fel, se obține cupru pur chimic.

Ionul sulfat donează doi electroni electrodului pozitiv și devine radicalul neutru SO4, care reacționează imediat cu anodul de cupru (reacția anodului secundar). Produsul de reacție la anod este sulfatul de cupru, care intră în soluție.

Se pare că atunci când un curent electric trece printr-o soluție apoasă de sulfat de cupru, anodul de cupru pur și simplu se dizolvă treptat și cuprul precipită pe catod.În acest caz, concentrația soluției apoase de sulfat de cupru nu se modifică.

În 1833, fizicianul englez Michael Faraday, în cursul lucrărilor experimentale, a stabilit legea electrolizei, care acum poartă numele lui.

Legea lui Faraday vă permite să determinați cantitatea de produse primare care sunt eliberate pe electrozi în timpul electrolizei. Legea prevede următoarele: „Masa m a substanței eliberate pe electrod în timpul electrolizei este direct proporțională cu sarcina Q care a trecut prin electrolit”.

Factorul de proporționalitate k din această formulă se numește echivalent electrochimic.

Masa substanței care este eliberată pe electrod în timpul electrolizei este egală cu masa totală a tuturor ionilor care au ajuns la acest electrod:

Formula conține sarcina q0 și masa m0 a unui ion, precum și sarcina Q care a trecut prin electrolit N este numărul de ioni care au ajuns la electrod când sarcina Q a trecut prin electrolit.Prin urmare, raportul dintre masa ionului m0 și sarcina sa q0 se numește echivalentul electrochimic al lui k.

Deoarece sarcina unui ion este numeric egală cu produsul dintre valența substanței și sarcina elementară, echivalentul chimic poate fi reprezentat sub următoarea formă:

Unde: Na este constanta lui Avogadro, M este masa molară a substanței, F este constanta lui Faraday.

De fapt, constanta Faraday poate fi definită ca cantitatea de sarcină care trebuie să treacă prin electrolit pentru a elibera un mol de substanță monovalentă pe electrod. Legea electrolizei lui Faraday ia apoi forma:

Fenomenul de electroliză este utilizat pe scară largă în producția modernă. De exemplu, aluminiul, cuprul, hidrogenul, dioxidul de mangan și peroxidul de hidrogen sunt produse industrial prin electroliză. Multe metale sunt extrase din minereuri și prelucrate prin electroliză (electrorefinare și electroextracție).

De asemenea, datorită electrolizei, surse de curent chimic… Electroliza este utilizată în tratarea apelor uzate (electroextracție, electrocoagulare, electroflotație). Multe substanțe (metale, hidrogen, clor etc.) sunt obținute prin electroliză pentru galvanizare și galvanizare.

Vezi si:Producția de hidrogen prin electroliza apei — tehnologie și echipamente