Wędrówka jonów w roztworach wodnych

Elektroliza Elektroliza to proces, w którym przepływ prądu elektrycznego przez roztwór elektrolitu wymusza reakcje chemiczne. W czasie elektrolizy w polu elektrycznym między elektrodami wędrują jony dodatnie (kationy) w kierunku katody połączonej z ujemnym biegunem źródła prądu, a jony ujemne (aniony) w kierunku anody połączonej z dodatnim biegunem źródła prądu. Na granicy faz elektroda - elektrolit biegną reakcje utleniania (na anodzie) i redukcji (na katodzie) jonów elektrolitów.

Zastosowania procesu elektrolizy Elektroliza jest procesem stosowanym na skalę przemysłową m.in. do: produkcji metali: aluminium, litu, sodu, potasu Produkcji rozmaitych związków chemicznych, w tym wodorotlenku sodu, potasu, chloranu sodu i chloranu potasu Produkcji gazów: wodoru, chloru i tlenu. Galwanizacji - pokrywanie cienką warstwą metalu innego metalu Aparaty do przeprowadzania elektrolizy nazywane są elektrolizerami.

Zjawiska elektrolizy 1) procesy transportu (wędrówka jonów do elektrod), 2) procesy przejścia ładunku (między elektrodami a składnikami roztworu: na elektrodzie ujemnej (katodzie) zachodzi redukcja kationów, na elektrodzie dodatniej (anodzie) - utlenianie anionów), 3) reakcje chemiczne poprzedzające lub następujące po procesach przejścia ładunku. Zjawiskom (1-3) odpowiadają na elektrodach nadnapięcia: dyfuzyjne, aktywacyjne i chemiczne. Wielkość nadnapięcia zależy od materiału elektrody i stanu jej powierzchni, gęstości prądu, rodzaju substancji wydzielanej na elektrodzie, składu roztworu elektrolitu, temperatury.

Elektrody Katoda – elektroda, przez którą z urządzenia wypływa prąd elektryczny (co może polegać na wypływie ładunku dodatniego lub dopływie ładunku ujemnego). W odbiornikach prądu elektrycznego (np. lampach elektronowych) katoda jest elektrodą ujemną, natomiast w źródłach prądu (np. ogniwach galwanicznych) – dodatnią. Katoda występuje zawsze w parze z elektrodą, przez którą do urządzenia wpływa prąd – anodą. Anoda – elektroda, przez którą prąd elektryczny wpływa do urządzenia (co może polegać na dopływie ładunku dodatniego lub wypływie ładunku ujemnego). W odbiornikach prądu elektrycznego (np. lampach elektronowych) anoda jest elektrodą dodatnią, natomiast w źródłach prądu (np. ogniwach galwanicznych) – ujemną. Anoda występuje zawsze w parze z elektrodą, przez którą prąd wypływa z urządzenia, czyli katodą.

Elektrolizer Budowa elektrolizera Elektrolizer to urządzenie składające się z dwóch przewodników metalicznych, które są zanurzone w przewodniku jonowym. Przewodniki metaliczne (elektrody) są podłączone do źródła prądu stałego.

Elektrolit Elektrolitem nazywamy substancję, mającą zdolność przewodzenia prądu elektrycznego. Prąd elektryczny jest przewodzony przez swobodne jony, powstałe w takim związku w wyniku: -stopienia soli, jeśli były w postaci ciała stałego. -dysocjacji elektrolitycznej zasad, kwasów, albo ich soli, będących rozpuszczone w roztworze albo będące w postaci cieczy.

Elektrolity dzielimy na : Elektrolity słabe Substancje częściowo zdysocjowane na jony; są to np. H2SO3, H2S Elektrolity mocne Wodorotlenki litowców i berylowców za wyjątkiem berylu; wodorotlenki te dysocjują na jednododatni jon metalu oraz anion OH- większość nieorganicznych soli rozpuszczalnych w wodzie, tworzące tzw. kryształy jonowe; wyjątek stanowią sole rtęci Hg(CN)2, Hg2Cl2, w których połączenie metal - anion ma znaczny charakter kowalencyjny

Przykłady elektrolitów

Roztwory wodne, które przewodzą prąd elektryczny - Woda mineralna - Woda z kranu - Wodny roztwór soli kuchennej - Wodny roztwór kwasu solnego - Wodny roztwór kwasu octowego - Wodny roztwór zasady sodowej

Roztwory wodne, które nie przewodzą prądu elektrycznego - Woda destylowana - Sól kuchenna - Wodny roztwór gliceryny - Wodny roztwór etanolu - Wodny roztwór cukru

Co wydziela się na katodzie i anodzie podczas badania przewodnictwa prądu elektrycznego w roztworach ?

i wydziela się wodór, natomiast w wyniku reakcji anodowej Elektroliza zasad Jeżeli poddaje się elektrolizie bardzo rozcieńczony roztwór zasady, a do elektrod nie przyłoży się z zewnętrznego źródła prądu zbyt dużego napięcia, to rozkładowi ulega głównie woda; w wyniku reakcji katodowej 2H2O + 2e- --> 2OH- + H2 i wydziela się wodór, natomiast w wyniku reakcji anodowej H2O --> 2H+ + 1/2O2 + 2e- wydziela się tlen, przy czym objętość tworzącego się wodoru jest dwukrotnie większa od objętości tworzącego się tlenu (w tych samych warunkach) W przypadku roztworów stężonych proces anodowy jest następujący: 2OH- --> H2O + 1/2O2 + 2e-

Elektroliza wodnego roztworu kwasu Podczas elektrolizy kwasów z reguły przy katodzie wydziela się wodór, a przy anodzie tlen lub inne produkty (np. Cl2 przy HCl). Roztwory kwasów tlenowych (H2SO4, H3PO4, HNO3, H2CO3) dają zawsze tlen i wodór. Jeżeli mamy do czynienia z roztworami rozcieńczonych kwasów, reakcje zachodzące w roztworze mają przebieg taki sam jak dla rozcieńczonych roztworów soli .W przypadku większych stężeń na katodzie mamy do czynienia z reakcją 2H+ + 2e- --> H2 (powstaje wodór) a na anodzie produktem utlenienia anodowego w przypadku anionów kwasów tlenowych jest tlen dostarczany przez jony OH- lub cząsteczki wody a w przypadku kwasów beztlenowych utlenieniu ulegają aniony reszt kwasowych (2Cl- --> Cl2 + 2e-) z wydzieleniem produktu np. chloru. wodny roztwór kwasu solnego

Koniec Wykonały: Joanna Jonik Karina Kopczyńska Weronika Trzeciak Opiekun: Tomasz Urbański