Prinsippet for elektrolyse av kobber-sulfat-elektrolyt

Elektrolyse

Elektrolyse er et elektrokjemisk prosess der strøm passerer fra ett elektrod til en annen i en ionisert løsning som er en elektrolyt. I denne prosessen kommer positive ioner eller katyoner til den negative elektroden eller katoden, mens negative ioner eller anioner kommer til den positive elektroden eller anoden.

Før vi forstår prinsippet for elektrolyse, bør vi vite hva en elektrolyt er eller definisjonen av elektrolyt

Definisjon av elektrolyt

En elektrolyt er et slikt kjemikalium hvis atomer er tett forbundet ved joniske bindinger, men når vi løser det i vann, deler molekylene seg opp i positive og negative ioner. De positivt ladde ionene kalles katyoner, mens de negativt ladde ionene kalles anioner. Både katyoner og anioner beveger seg fritt i løsningen.

Prinsippet for elektrolyse

I joniske bindinger mister et atom sine valenselektroner, mens et annet atom får elektroner. Som et resultat blir et atom positivt ladede ion, mens et annet atom blir et negativt ion. På grunn av motsatt lading trekker begge hverandre og danner en binding mellom dem kalt jonisk binding. I jonisk binding er kraften som virker mellom ionene Coulomb-kraft, som er omvendt proporsjonal med permittiviteten til mediumet. Den relative permittiviteten til vann er 80 ved 20oC. Så når et kjemikalium som er bundet jonisk løses i vann, blir bindestyrken mellom ionene mye svakere, og dermed splitter molekylene seg opp i katyoner og anioner som beveger seg fritt i løsningen.

Nå vil vi dykke to metallstaver i løsningen og vi vil bruke en elektrisk potensialforskjell mellom stavene eksternt ved hjelp av en batteri.

Disse delvis neddykkede stavene refereres teknisk som elektroder. Elektroden koblet til den negative terminalen av batteriet kalles katode, mens elektroden koblet til den positive terminalen av batteriet kalles anode. De fritt bevegelige positivt ladde katyonene trekkes til katoden, mens de negativt ladde anionene trekkes til anoden. I katoden tar de positive katyonene elektroner fra den negative katoden, og i anoden gir de negative anionene elektroner til den positive anoden. For å fortsette å ta og gi elektroner i katode og anode henholdsvis, må det være strømflyt i den eksterne sirkuiten av elektrolyten. Dette betyr at, strøm fortsetter å sirkulere rundt den lukkede løkka skapt av batteri, elektrolyt og elektroder. Dette er det mest grunnleggende prinsippet for elektrolyse.

Elektrolyse av koppar-sulfat

Når koppar-sulfat eller CuSO4 blir lagt til vann, løses det i vannet. Ettersom CuSO4 er en elektrolyt, splitter det seg inn i Cu+ + (katyon) og SO4 − − (anion) ioner og beveger seg fritt i løsningen.

Nå vil vi dykke to kopparelektroder i løsningen.

Cu+ +-ioner (katyoner) vil bli tiltrekket mot katoden, altså elektroden koblet til den negative terminalen av batteriet. Når de når katoden, vil hvert Cu+ +-ion ta elektroner fra den og bli nøytrale kopparatomer.

På samme måte vil SO4 − − (anion)-ioner bli tiltrekket av anoden, altså elektroden koblet til den positive terminalen av batteriet. Så SO4 − −-ioner vil bevege seg mot anoden der de gir bort to elektroner og blir SO4-radikal.

Men siden SO4-radikal ikke kan eksistere i et elektrisk nøytral tilstand, vil det angripe koppar-anoden og danne koppar-sulfat.

I den ovennevnte prosessen, etter at elektroner er tatt, deponeres de nøytrale kopparatomene på katoden. Samtidig reagerer SO4 med koppar-anoden og blir CuSO4, men i vann kan det ikke eksistere som enkeltmolekyler, istedenfor dette splitter CuSO4 seg opp i Cu+ +, SO4 − − og løses i vann. Så det kan konkluderes med at, under elektrolyse av koppar-sulfat med kopparelektroder, depon