Електролитна ќелија

Електролитски клетки од XIX век за производство на оксихидроген

Електролитна ќелија е електрохемиска ќелија која предизвикува неспонтана-редокс реакција преку примена на електрична енергија. Тие често се користат при распаѓањето на хемиските соединенија, во процес наречен електролиза - грчкиот збор лиза значи да се растури. Важни примери за електролиза се: разградувањето на водата во водород и кислород, боксит во алуминиум и други хемикалии. Галванизацијата (на пример од бакар, сребро, никел или хром) се изведува со помош на електролитските ќелии.

Електролитната ќелија има три компоненти: електролит и две електроди (катодна и анодна). Електролитот обично е раствор на вода или други растворувачи во кои се раствораат јони. Стопените соли, како што е натриум хлоридот, исто така се електролити. Кога се управувани од надворешен напон кој се применува на електродите јоните во електролитот се привлекуваат кон електрода со спротивен полнеж, каде што може да се случат реакциите кои се пренесуваат со полнење (кои исто така се наречени фарадаични или редоксни реакции). Само со надворешен електричен потенцијал (т.е. напон) со точен поларитет и доволна големина електролитната ќелија може да распадне нормално,стабилно или инертно како хемиско соединение во раствор. Обезбедена електрична енергија може да предизвика хемиска реакција која не би се случила спонтано на друг начин.

Споредба помеѓу Галванските ќелии и електролитните

Галванската ќелија може да се смета за електролитна ќелија која делува обратно. Додека електролитните ќелии ја претвораат електричната енергија во хемиска енергија, галванските ќелии ја претвораат хемиската енергија во електрична енергија. Галванските ќелии често се користат во батерии.

Аноди и катоди

Мајк Фарадеј ја дефинира катодата од ќелијата како електрода чии катјони(позитиво наелектризирани јони,како сребрениот јон Ag+) вршат проток во рамките на клетката за да се намалат електроните(негативно наелектризирани јони) од таа електрода.

Тој исто така ја дефинира анодата како електрода на која анјоните(негативно наелектризирани јони, како што се хлоридните јони Cl-) вршат проток во рамките на клетката за таа да се оксидира со депонирање на електроните од електродата.

На надворешна жица која е поврзана со електродите на галванската ќелија (или батерија) се формираат електрично коло, катода(позитивна) и анода(негативна). Така, позитивна електрична струја тече од катодата до анодата преку надворешното коло во случај на галванска ќелија.

Замислете две галвански ќелии со нееднаков напон. Означете ги позитивните и негативните електроди како P и N, соодветно. Ставете ги во коло, P во близина на P и N во близина на N, така што ќелиите ќе имаат тенденција да ја водат струјата во спротивни насоки.Ќелијата со поголем напон се испразнила, што ја прави галвинска ќелија, па P е катода,а N е анода како што е опишано погоре. Но, клетката со помал напон ја прави електролитната ќелија. Во електролитната ќелија негативните јони се движат кон P,а позитивните јони кон N.Така, Р електродата на електролитната ќелија ја исполнува дефиницијата за анодата, додека електролитната ќелија се наполни. Слично на тоа, N електродата на електролитната ќелија е катодата, додека електролитичката ќелија се наполни.

Употреби

Опис на електролитскиот процес(видео)

Како што веќе беше забележано, водата кога прима јони (солена вода или кисела вода), може да се електролизира (предмет на електролиза). Кога е управувана од надворешен извор на напон, H + јони течат кон катодата за да се комбинираат со електрони кои ќе произведат водороден гас.Исто така, OH-  јони течат кон анодата за ослободување на електрони и H + јонот произведува кислороден гас во реакцијата на оксидација.

Во стопен натриум хлорид, кога струјата се пренесува преку сол, анодата оксидира хлоридните јони (Cl-) до гасовит хлор, ослободувајќи ги електроните кон анодата. Исто така, катодата ги намалува натриумовите јони (Na +) кои прифаќаат електрони од катодата и депозити на катодата како метал на натриум.

NaCl растворен во вода, исто така, може да се електролизира. Анодата оксидира хлоридните јони (Cl-), и се произведува Cl2. Сепак, на катодата наместо натриумови јони се сведени на метал на натриум, молекулите на водата се редуцираат на хидроксидните јони (OH-) и водороден гас (H2). Вкупниот резултат на електролиза е производство на гас за хлор и воден раствор на натриум хидроксид (NaOH).

Комерцијално, електролитските ќелии се користат во електро-алализирање и електроснабдување на неколку обоени метали. Речиси сите алуминиум, бакар, цинк и олово со висока чистина се произведуваат индустриски во електролитски ќелии.

Видови ќелии

• Концентрациони ќелии
• Електрохемиски ќелии
• Галвински ќелии