Kupaszulfát elektrolizálásának elve
Elektrolízis
Az elektrolízis egy elektrokémiai folyamat, amely során az áram egy elektrodától a másikig halad át ionizált oldatban, ami egy elektrolit. Ez a folyamat során a pozitív ionok vagy kationok a negatív elektrodához, vagy kathódushoz, míg a negatív ionok vagy anionok a pozitív elektrodához, vagy anódushoz kerülnek.
A elektrolízis elvét megérteni előtt, tudnunk kell, mi az elektrolit, vagy az elektrolit definíciója
Elektrolit definíciója
Az elektrolit olyan kémiai anyag, amely atomjai szorosan kötődnek egymáshoz ionos kötelékek révén, de ha vizben oldjuk fel, molekulái szétszakadnak pozitív és negatív ionokká. A pozitívan töltött ionokat kationoknak, míg a negatívan töltött ionokat anionoknak nevezzük. Mind a kationok, mind az anionok szabadon mozognak az oldatban.
Az elektrolízis elve
Az ionos kötelékekben egy atom veszít valenciaelektronokat, míg egy másik atom nyer elektronokat. Eredményként egy atom pozitívan töltött ionné, míg a másik atom negatívan töltött ionné válik. Az ellentétes töltés miatt mindkettő vonzza egymást, és formáljon köteléket, amit ionos köteléknak hívnak. Az ionos kötelékben a részt vevő ionok közötti erő Coulomb-erő, ami fordítottan arányos a közeg dielektromerességével. A víz relatív dielektromeressége 80°C-nél 80. Így, amikor bármilyen ionosan kötött anyagot oldunk fel vízben, az ionok közötti kötélerő sokkal gyengébb lesz, és molekulái szétszakadnak kationokká és anionokká, amik szabadon mozognak az oldatban.
Most merüljünk be két fémet a megoldásba, és kapcsoljunk be elektromos potenciált a fémdarabok között külsőleg egy akkumulátorral.
Ezek a részlegesen benedett fémdarabok technikailag elektrodáknak számítanak. Az akkumulátor negatív póljához csatlakoztatott elektrodát kathódusnak, míg a pozitív póljához csatlakoztatott elektrodát anódusnak nevezik. A szabadon mozgó pozitívan töltött kationok vonzódnak a kathódushoz, míg a negatívan töltött anionok a anódushoz. A kathódusban a pozitív kationok elektronokat vesznek a negatív kathódustól, míg az anódusban a negatív anionok elektronokat adnak a pozitív anódusnak. A folyamatos elektronvesztés és -adás érdekében az elektrolízis külső körében folyamatosan kell, hogy cirkuláljon az elektron. Ez azt jelenti, hogy a áram folyamatosan körbejárja a zárt hurokot, amit az akkumulátor, az elektrolízis és az elektrodák alkotnak. Ez a legalapvetőbb elektrolízis elve.
Réz-szulfát elektrolízise
Amikor réz-szulfát vagy CuSO4-et adunk hozzá vizhez, az vízben oldódik. Mivel a CuSO4 elektrolit, szétszakad Cu+ + (kation) és SO4 − − (anion) ionokra, és szabadon mozog az oldatban.
Most merüljünk be két réz elektrodát ebbe a megoldásba.
A Cu+ + ionok (kation) vonzódnak a kathódushoz, azaz a negatív póljához csatlakoztatott elektrodához. Amikor a kathódusra érnek, minden Cu+ + ion elektronokat vesz tőle, és neutrális rézatomokká válik.
Ugyanígy az SO4 − − (anion) ionok vonzódnak az anódushoz, azaz a pozitív póljához csatlakoztatott elektrodához. Tehát az SO4 − − ionok az anódushoz mozdulnak, ahol két elektront addnak, és SO4 radikálvá válnak.
De mivel az SO4 radikál nem létezhet elektromosan neutrális állapotban, támadni fogja a réz anódust, és réz-szulfáttá változik.
A fenti folyamat során, a neutrális rézatomok a kathódusra kerülnek. Ugyanakkor, az SO4 reagál a réz anódussal, és CuSO4-et képez, de a vízben nem létezik mint egyedi molekulák, hanem a CuSO4 szétszakad Cu+ +, SO
