Principe van elektrolyse van kopersulfaat-elektrolyt
Elektrolyse
Elektrolyse is een elektrochemisch proces waarbij stroom van één elektrode naar de andere loopt in een geïoniseerde oplossing die een elektrolyt is. In dit proces komen positieve ionen of kationen naar de negatieve elektrode of kathode en negatieve ionen of anionen naar de positieve elektrode of anode.
Voordat we het principe van elektrolyse begrijpen, moeten we weten wat een elektrolyt is of de definitie van elektrolyt is.
Definitie van Elektrolyt
Een elektrolyt is een chemisch stof waarvan de atomen sterk met elkaar verbonden zijn door ionische bindingen, maar wanneer we het in water oplossen, splitsen de moleculen zich op in positief en negatief geladen ionen. De positief geladen ionen worden cationen genoemd, terwijl de negatief geladen ionen anionen worden genoemd. Zowel cationen als anionen bewegen vrijelijk in de oplossing.
Principe van Elektrolyse
Bij ionische bindingen verliest één atoom zijn valentie-elektronen en krijgt een ander atoom elektronen. Als gevolg hiervan wordt één atoom een positief geladen ion en wordt het andere atoom een negatief ion. Vanwege de tegengestelde lading trekken ze elkaar aan en vormen een binding tussen hen, de ionische binding. Bij ionische binding is de kracht die werkt tussen de ionen de Coulombkracht, die omgekeerd evenredig is met de permittiviteit van het medium. De relatieve permittiviteit van water is 80 bij 20oC. Dus, wanneer een ionisch gebonden chemische stof in water wordt opgelost, wordt de bindkracht tussen de ionen veel zwakker en dus splitsen de moleculen zich op in cationen en anionen die vrijelijk in de oplossing bewegen.
Nu zullen we twee metalen staafjes in de oplossing dompelen en we zullen een elektrisch potentiaalverschil tussen de staafjes extern aanbrengen door middel van een batterij.
Deze gedeeltelijk ondergedompelde staafjes worden technisch gesproken elektroden genoemd. De elektrode die verbonden is met de negatieve pool van de batterij wordt kathode genoemd en de elektrode die verbonden is met de positieve pool van de batterij wordt anode genoemd. De vrij bewegende positief geladen cationen worden aangetrokken door de kathode en de negatief geladen anionen worden aangetrokken door de anode. Aan de kathode nemen de positieve cationen elektronen op van de negatieve kathode en aan de anode geven de negatieve anionen elektronen af aan de positieve anode. Om continu elektronen op te nemen en af te geven aan de kathode en anode respectievelijk, moet er een stroom van elektronen zijn in het externe circuit van de elektrolyt. Dit betekent dat de stroom blijft circuleren in de gesloten lus die wordt gevormd door de batterij, de elektrolyt en de elektroden. Dit is het meest basale principe van elektrolyse.
Elektrolyse van Kopersulfaat
Wanneer kopersulfaat of CuSO4 wordt toegevoegd aan water, lost het op in het water. Omdat CuSO4 een elektrolyt is, splitst het zich op in Cu+ + (cation) en SO4 − − (anion) ionen en bewegen vrijelijk in de oplossing.
Nu zullen we twee koperen elektroden in die oplossing dompelen.
De Cu+ + ionen (cation) zullen worden aangetrokken door de kathode, d.w.z. de elektrode die is verbonden met de negatieve pool van de batterij. Wanneer ze de kathode bereiken, zal elk Cu+ + ion elektronen opnemen en neutrale koperatomen worden.
Op dezelfde manier zullen de SO4 − − (anion) ionen worden aangetrokken door de anode, d.w.z. de elektrode die is verbonden met de positieve pool van de batterij. Dus zullen de SO4 − − ionen naar de anode bewegen, waar ze twee elektronen afstaan en SO4 radicalen worden.
Maar omdat SO4 radicalen niet kunnen bestaan in de elektrisch neutrale toestand, zullen ze de kopere anode aanvallen en kopersulfaat vormen.
In bovenstaand proces worden de neutrale koperatomen na het opnemen van elektronen afgezet op de kathode. Tegelijkertijd reageert SO4 met de kopere anode en wordt CuSO4, maar in water kan het niet bestaan als individuele moleculen. In plaats daarvan zal CuSO4 zich splitsen in Cu+ +, SO4
