Elektrolýza a její užití

Elektrochemická řada napětí kovů• Při ponoření kovu do roztoku mají jeho kationty snahu

přecházet do tohoto roztoku. Roztok se však přijímání kationtů brání, výsledkem je rovnováha, kdy se na povrchu rozhraní kov-roztok vytváří elektrodový potenciál. Pevnost, s jakou jsou kationty vázány do krystalové mřížky je u různých kovů různá, proto je odlišný i elektrodový potenciál různých kovů.

• Seřazení kovů podle vzrůstajícího el. potenciálu je elektrochemická řada napětí kovů:

• K, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Hg, Pt• -2,4; -1,7; -0,76;-0,44; -0,12; 0; 0,34; 0,81; 0,86

• Ze dvou různých elektrod můžeme sestavit elektrochemický článek

Pokus

Roztok NaCl a uhlíkové elektrody.

Zavedením stejnosměrného proudu se ionty začnou pohybovat směrem k opačně nabitým elektrodám.

Dochází k uspořádanému pohybu elektricky nabitých částic a roztokem prochází proud.

Cl2

H+ Cl-H2

Sloučeniny, které se při tavení nebo rozpouštění štěpí na volné ionty (tzv. elektrolytická disociace) , nazýváme elektrolyty.

Ionty umožňují vedení elektrického proudu v elektrolytech.

Děje probíhající na elektrodách se nazývají elektrolýza.

Na anodě (kladně nabité elektrodě) probíhá oxidace.

Na katodě (záporně nabité elektrodě) probíhá redukce.

A: Cl- - 1e Cl0

Přesněji: 2Cl- - 2.1e Cl20 oxidace

K: H+ + 1e H0

Přesněji 2H+ + 2.1e H20

redukce

Cl2H+ Cl-H2

K - A +

Podstata průmyslové výroby H2 a Cl2

Použití

• Výroba důležitých prvků a sloučenin (Na, K, H, Cl, Mg, NaOH, KOH)

• Čištění kovů

• Galvanické pokovování (pozinkování, poměďování)

• Elektrochemické (galvanické) články

• Akumulátory

• Napětí Voltova článku je 0,34 – (-0,76) = 1,1V

• K: 2H+ + 2e H2

• A: Zn – 2e Zn2+

• V elektrolytu:

Zn2+ + 2SO4- ZnSO4

• Vznikající vodík a síran zinečnatý článek znehodnocují

• Probíhající el. proud je ve vnějším obvodu tvořen elektrony, ve vnitřním obvodu ionty

H+

A K

H2

Elektrochemický článek sloužící k odebírání el. proudu:

U elektrochemických článků je anoda – záporný pól a katoda – kladný pól!! (opačně oproti elektrolýze)

Suchý salmiakův článek

• Zařízení, ze kterých je možno při redoxních reakcích získat elektrickou energii.

• Záporná elektroda je zinkové pouzdro – poskytuje elektrony, Kladná elektroda je uhlíková tyč.

• Elektrolyt je salmiak NH4Cl

• Monočlánek poskytuje napětí 1,5V, nelze dobít

salmiak

Na kladné elektrodě:

2 NH4+ + 2e- --› 2 NH3 + H2

Na záporné elektrodě:

Zn – 2e Zn2+

• Plochá baterie poskytuje napětí až 4,5 V

• Jde o spojené tři monočlánky

Galvanické pokovování

• Je nanášení tenkých vrstev kovu na povrch jiného kovu.

• Předmět, který chceme pokovit je katoda,

• kov, kterým budeme pokovovávat je anoda.

• Elektrolytem je sůl tohoto kovu.

K: Cu2+ + 2e CuMěď z katody získá 2e a rovnoměrně se na ní vylučuje

A: SO42- - 2e SO4

SO4 + Cu CuSO4

SO42- odevzdá anodě 2e a odebere z ní atom Cu a vznikne CuSO4

Olověný akumulátor• Při nabíjení dochází k elektrolýze – rozklad elektrolytu• Při vybíjení – je akumulátor zdrojem el. energie

olověné elektrody (desky) ponořené do zředěné kyseliny sírové (elektrolyt): H2SO4 2H+ + SO4 2-

Na elektrodách vznikne vrstvička PbSO4

Pb + H2SO4 PbSO4 + H2

– akumulátor je vybit:

• Po připojení ke zdroji elektrického napětí: K: 2H+ + 2e H2

H2 + PbSO4 Pb + H2SO4

A: SO4 2- - 2e SO4

SO4 + PbSO4 + H2O 2H2SO4 + PbO2

• Hustota elektrolytu se zvyšuje. Vrstvička PbSO4 se na katodě spotřebovává, jakmile je spotřebována celá, akumulátor je nabit.

Jakmile připojíme do obvodu, bude se akumulátor vybíjet – opačné reakce, při nichž se elektrody pokývají zpětně vrstvičkou PbSO4.Po vybití může být opět nabít.