Sulfaattikuparin sähkölyysin periaate

Sähkölyysi

Sähkölyysi on sähkökemiallinen prosessi, jossa virta kulkee yhdestä elektrodista toiseen ionisoituneessa liuoksessa, joka on sähköliuaine. Tässä prosessissa positiiviset ionit tai katyonit tulevat negatiiviseen elektrodiin eli katoodiin ja negatiiviset ionit tai anionit tulevat positiiviseen elektrodiin eli anodiin.

Ennen sähkölyysin periaatteen ymmärtämistä meidän pitäisi tietää, mitä on sähköliuaine tai sähköliuaineen määritelmä.

Sähköliuaineen määritelmä

Sähköliuaine on sellainen kemikaali, jonka atomit ovat tiukasti sidottuna yhteen ioniikilla siteillä, mutta kun se liuotetaan veteen, sen molekyylit pilkotaan positiivisiksi ja negatiivisiksi ioneiksi. Positiivisesti varautuneita ioneja kutsutaan katyoniksi ja negatiivisesti varautuneita ioneja anioneiksi. Molemmat katyonit ja anionit liikkuvat vapaasti liuoksessa.

Sähkölyysin periaate

Ioniikissa yksi atomi menettää valensselektroninsa ja toinen atomi saa elektronit. Tämän tuloksena yksi atomi muuttuu positiivisesti varautuneeksi ioniksi ja toinen atomi muuttuu negatiiviseksi ioniksi. Vastaavat varaukset houkuttelevat toisiaan ja muodostavat välilleen sitteen, jota kutsutaan ioniikiksi. Ioniikissa ionien välillä vaikuttava voima on Coulombin voima, joka on kääntäen verrannollinen mediumin suhteelliseen dielektrisyyteen. Veden suhteellinen dielektrisuus on 80 20oC. Niinpä, kun mikä tahansa ioniikisesti sidottu kemikaali liuotetaan vedessä, ionien välinen sitteen voima heikkenee huomattavasti ja sen molekyylit pilkotaan katyoniksi ja anioneiksi, jotka liikkuvat vapaasti liuoksessa.

Nyt upotamme kaksi metallipalkkiain liuokseen ja sovellamme niiden välille sähköpotentiaaliero ulkoisesti akun avulla.

Nämä osittain upotetut palkkat ovat teknisesti tunnetaan elektrodeina. Elektrodi, joka on yhdistetty akun negatiiviseen polttoon, kutsutaan katoodiksi ja elektrodi, joka on yhdistetty akun positiiviseen polttoon, kutsutaan anodiin. Vapaasti liikkuvat positiivisesti varautuneet katyonit houkuttelevat katoodia ja negatiivisesti varautuneet anionit houkuttelevat anodia. Katoodissa positiiviset katyonit ottavat elektronit negatiivisesta katoodista ja anodiissa negatiiviset anionit antavat elektronit positiiviselle anodille. Jatkuvan elektronien ottamisen ja antamisen vuoksi katoodissa ja anodiissa täytyy olla elektronien virtaus sähkölyysin ulkoisessa piirissä. Tämä tarkoittaa, että virta jatkuu kiertämään suljetun silmukan, joka on luotu akulla, sähkölyysillä ja elektrodeilla. Tämä on sähkölyysin perusperiaate.

Kuparisyanoorin sähkölyysi

Kun kuparisyanoorin (CuSO4) lisätään veteen, se liuotetaan veteen. Koska CuSO4 on sähköliuaine, se pilkotaan Cu+ + (katyonit) ja SO4 − − (anionit) ioniksi ja ne liikkuvat vapaasti liuoksessa.

Nyt upotamme kaksi kuparielektrodia tuohon liuokseen.

Cu+ + ionit (katyonit) houkuttelevat katoodia eli elektrodi, joka on yhdistetty akun negatiiviseen polttoon. Kun ne saavuttavat katoodin, jokainen Cu+ + ion ottaa elektronit siitä ja muuttuu neutraaleiksi kupariatomeiksi.

Samoin SO4 − − (anionit) houkuttelevat anodia eli elektrodi, joka on yhdistetty akun positiiviseen polttoon. Joten SO4 − − ionit liikkuvat anodia kohti, jossa ne antavat kaksi elektronia ja muuttuvat SO4-radikaaliksi.

Mutta koska SO4-radikaali ei voi olemassaolla sähköisesti neutraalissa tilassa, se hyökkää kuparin anodia ja muodostaa kuparisyanoorin.

Yllä mainitussa prosessissa, kun elektronit otetaan, neutraalit kupariatomit kerääntyvät katoodille. Samalla SO4 reagoi kuparin anodian kanssa ja muodostaa CuSO4, mutta vedessä se ei voi olemassaolla yksittäisinä molekyyleinä, vaan CuSO4 pilkotaan Cu+ +, SO4 − − ja liuotetaan vedessä. Siispä voidaan päätellä, että kuparisyanoorin sähkölyysissä kuparin elektrodeilla kupari kerääntyy katoodille ja saman mä