Zasada elektrolizy roztworu siarczanu miedzi

Elektroliza

Elektroliza to proces elektrochemiczny, podczas którego prąd przepływa od jednego elektrodu do drugiego w jonizowanym roztworze, który jest elektrolitem. W tym procesie dodatnie jony lub kationy przyciągane są do ujemnego elektrodu lub katody, a ujemne jony lub aniony przyciągane są do dodatniego elektrodu lub anody.

Zanim zrozumiemy zasadę elektrolizy, powinniśmy wiedzieć, co to jest elektrolit lub definicja elektrolitu

Definicja elektrolitu

Elektrolit to taki chemikalia, której atomy są ściśle połączone poprzez wiązania jonowe, ale gdy rozpuszczamy go w wodzie, jego cząsteczki rozpadają się na dodatnio i ujemnie naładowane jony. Dodatnio naładowane jony nazywane są kationami, a ujemnie naładowane jony nazywane są anionami. Kationy i aniony poruszają się swobodnie w roztworze.

Zasada elektrolizy

W wiązaniach jonowych jeden atom traci swoje elektrony walencyjne, a inny atom zdobywa elektrony. W wyniku tego jeden atom staje się dodatnio naładowanym jonem, a inny atom staje się ujemnym jonem. Ze względu na przeciwne ładunki oba atomy przyciągają się nawzajem i tworzą między sobą wiązanie zwane wiązaniem jonowym. W wiązaniu jonowym siła działająca między jonami to siła Coulomba, która jest odwrotnie proporcjonalna do przenikalności medium. Względna przenikalność elektryczna wody wynosi 80 przy 20oC. Dlatego, gdy jakiekolwiek chemiczne związki jonowe są rozpuszczone w wodzie, siła wiązania między jonami staje się znacznie słabsza, a więc ich cząsteczki rozpadają się na kationy i aniony, które poruszają się swobodnie w roztworze.

Teraz zanurzymy dwa metalowe pręty w roztworze i zewnętrznie zastosujemy różnicę potencjałów elektrycznych między prętami za pomocą baterii.

Te częściowo zanurzone pręty technicznie nazywane są elektrodami. Elektroda połączona z ujemnym północnym baterii nazywana jest katodą, a elektroda połączona z dodatnim północnym baterii nazywana jest anodą. Swobodnie poruszające się dodatnio naładowane kationy są przyciągane przez katodę, a ujemnie naładowane aniony są przyciągane przez anodę. W katodzie, dodatnie kationy pobierają elektrony od ujemnej katody, a w anodzie, ujemne aniony oddają elektrony do dodatniej anody. Aby kontynuować pobieranie i oddawanie elektronów odpowiednio w katodzie i anodzie, musi być przepływ elektronów w zewnętrznym obwodzie elektrolizera. To oznacza, że prąd kontynuuje krążenie w zamkniętym obwodzie utworzonym przez baterię, elektrolizer i elektrody. To jest najbardziej podstawowa zasada elektrolizy.

Elektroliza siarczanu miedzi

Kiedy dodajemy siarczan miedzi lub CuSO4 do wody, rozpuszcza się on w wodzie. Ponieważ CuSO4 jest elektrolitem, rozpadając się na Cu+ + (kation) i SO4 − − (anion) i poruszają się swobodnie w roztworze.

Teraz zanurzymy dwie miedziane elektrody w tym roztworze.

Cu+ + jony (kationy) będą przyciągane do katody, czyli elektrody połączonej z ujemnym północnym baterii. Gdy dotrą do katody, każdy Cu+ + jon pobierze elektrony z niej i stanie się neutralnym atomem miedzi.

Podobnie SO4 − − (aniony) zostaną przyciągnięte do anody, czyli elektrody połączonej z dodatnim północnym baterii. Więc SO4 − − jony przemieszczą się w kierunku anody, gdzie oddadzą dwa elektrony i staną się radykałem SO4.

Ale ponieważ radykał SO4 nie może istnieć w stanie elektrycznie neutralnym, zaatakuje anodę miedziową i utworzy siarczan miedzi.

W powyższym procesie, po pobraniu elektronów, neutralne atomy miedzi osadzają się na katodzie. W tym samym czasie, SO4 reaguje z anodą miedziową i staje się CuSO4, ale w wodzie nie może istnieć jako pojedyncze cząsteczki, zamiast tego CuSO4 rozpadnie się na Cu+ +, SO