- Parts
- Com funciona una cèl·lula electrolítica?
- Electròlisi de l'clorur de sodi fos
- Reacció de l'càtode
- Reacció de l'ànode
- Cel·la de Down
- aplicacions
- síntesi industrials
- Recobriment i refinament de metalls
- referències
La cèl·lula electrolítica és un mitjà on s'utilitza l'energia o un corrent elèctric per realitzar una reacció no espontània d'òxid-reducció. Consta de dos elèctrodes: l'ànode i el càtode.
En l'ànode (+) es produeix l'oxidació, ja que en aquest lloc alguns elements o compostos perden electrons; mentre que en el càtode (-), la reducció, ja que en ell alguns elements o compostos guanyen electrons.
Font: By RodEz2, from Wikimedia Commons
En la cèl·lula electrolítica ocorre la descomposició d'algunes substàncies, prèviament ionitzades, a través d'un procés conegut com electròlisi.
L'aplicació del corrent elèctric produeix una orientació en el moviment dels ions en la cèl·lula electrolítica. Els ions carregats positivament (cations) migren cap al càtode de càrrega (-).
Mentrestant, els ions carregats negativament (anions) migren cap a l'ànode carregat (+). Aquesta transferència de càrrega constitueix un corrent elèctric (imatge superior). En aquest cas, el corrent elèctric és conduïda per solucions d'electròlits, presents en el recipient de la cèl·lula electrolítica.
La Llei de Faraday de l'electròlisi planteja que la quantitat de substància que experimenta oxidació o reducció en cada elèctrode és directament proporcional a la quantitat d'electricitat que passa per la cel·la o cèl·lula.
Parts
Una cèl·lula electrolítica es compon d'un recipient on es diposita el material que va experimentar les reaccions induïdes per la càrrega elèctrica.
El recipient té un parell d'elèctrodes que es connecten a una bateria de corrent directe. Els elèctrodes que se solen utilitzar són d'un material inert, és a dir, no intervenen en les reaccions.
En sèrie amb la bateria es pot connectar un amperímetre per mesurar la intensitat del corrent que circula per la solució electrolítica. Així mateix, es col·loca en paral·lel un voltímetre per mesurar la diferència de voltatge entre el parell d'elèctrodes.
Com funciona una cèl·lula electrolítica?
Electròlisi de l'clorur de sodi fos
Es prefereix utilitzar el clorur de sodi fos a el clorur de sodi sòlid, ja que aquest últim no condueix l'electricitat. Els ions vibren dins dels seus vidres, però no tenen llibertat per desplaçar-se.
Reacció de l'càtode
Els elèctrodes de grafit, un material inert, es connecten als borns de la bateria. Un elèctrode es connecta a el terminal positiu de la bateria, constituint l'ànode (+).
Mentre, l'altre elèctrode es connecta a l'terminal negatiu de la bateria, constituint el càtode (-). Quan flueix el corrent provinent de la bateria s'observa el següent:
Al càtode (-) es produeix una reducció de l'ió Na +, el qual a l'guanyar un electró es transformen en Na metàl·lic:
Na + + i - => na (l)
El sodi metàl·lic d'aspecte blanc platejat sura sobre el clorur de sodi fos.
Reacció de l'ànode
Per contra, a l'ànode (+) es produeix l'oxidació de l'ió Cl -, ja que aquest perd electrons i es transforma en el gas clor (Cl 2), procés que es manifesta per l'aparició en l'ànode d'un gas de color verd pàl·lid. La reacció que ocorre en el ànode pot esquematitzar, així:
2Cl - => Cl 2 (g) + 2 i -
La formació de Na metàl·lic i de el gas Cl 2 a partir de NaCl no és un procés espontani, requerint-de temperatures majors a 800º C perquè es produeixi. El corrent elèctric subministra l'energia perquè passi en els elèctrodes de la cèl·lula electrolítica la transformació assenyalada.
Els electrons es consumeixen en el càtode (-), en el procés de reducció i es produeixen en l'ànode (+) durant l'oxidació. Per tant, els electrons flueixen pel circuit extern de la cèl·lula electrolítica de l'ànode a càtode.
La bateria de corrent directe subministra l'energia perquè els electrons flueixin de manera no espontània de l'ànode (+) a l'càtode (-).
Cel·la de Down
La cèl·lula de Down és una adaptació de la cèl·lula electrolítica descrita i que s'usa per a la producció industrial de Na metàl·lic i de el gas clor.
La cèl·lula electrolítica de Down ha dispositius que permeten la recol·lecció, per separat, de l'sodi metàl·lic i de el gas clor. Aquest mètode de producció de l'sodi metàl·lic segueix sent molt pràctic.
Una vegada que s'allibera per electròlisi, el sodi metàl·lic líquid es drena, es refreda i es talla en blocs. Posteriorment, és emmagatzemat en un medi inert, ja que el sodi pot reaccionar en forma explosiva per contacte amb l'aigua o amb l'oxigen atmosfèric.
El gas clor és produït en la indústria, principalment, per l'electròlisi de l'clorur de sodi en un procés menys costós que la producció de sodi metàl·lic.
aplicacions
síntesi industrials
-A la indústria, les cel·les electrolítiques s'utilitzen en la electrorefinación i electrodeposició de diversos metalls no fèrrics. Gairebé tot l'alumini d'alta puresa, el coure, el zinc i el plom es produeixen industrialment en les cèl·lules electrolítiques.
-Es produeix hidrogen per electròlisi de l'aigua. També s'usa aquest procediment químic en l'obtenció de l'aigua pesada (D 2 O).
-Els metalls com Na, K i Mg són obtinguts per l'electròlisi d'electròlits fosos. També, els no metalls com fluorurs i clorurs són obtinguts per electròlisi. A més, compostos com el NaOH, el KOH, Na 2 CO 3 i KMnO 4 són sintetitzats pel mateix procediment.
Recobriment i refinament de metalls
-El procés de recobriment d'un metall inferior amb un metall de major qualitat es coneix com galvanoplàstia. L'objectiu d'aquesta és prevenir la corrosió de l'metall inferior i fer-lo més atractiu. A la galvanoplàstia s'utilitza cel·les electrolítiques per a aquest fi.
-Els metalls impurs poden refinar per electròlisi. En el cas de l'coure, es col·loquen en el càtode làmines molt fines de l'metall i en l'ànode barres grans de el coure impur que es desitja refinar.
-Són comuns en la societat l'ús d'articles xapats. Les joies i les vaixelles solen plantejar-; l'or es electrodeposita en articles de joieria i contactes elèctrics. Molts objectes es recobreixen de coure amb fins decoratius.
-Els automòbils tenen defensa i altres peces d'acer cromat. El cromat d'una defensa d'automòbils porta tot just 3 segons d'electrodeposició de crom per produir una superfície brillant de 0,0002 mm de gruix.
-La electrodeposició ràpida de l'metall produeix superfícies negres i rugoses. La electrodeposició lenta produeix superfícies llises. Les "llaunes d'estany" són d'acer recobertes amb estany per electròlisi. De vegades, aquestes llaunes són cromades en una fracció de segon amb el gruix de la capa de crom summament prim.
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- eMedical Prep. (2018). Applications of Electrolysis. Recuperat de: emedicalprep.com
- Wikipedia. (2018). Electrolytic cell. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Prof. Shapley P. (2012). Galvanic and Electrolytic Cells. Recuperat de: butane.chem.uiuc.edu
- Bodner Research web. (Sf). Electrolytic Cells. Recuperat de: chemed.chem.purdue.edu