Принцип электролиза сульфатного электролита меди

Электролиз

Электролиз — это электрохимический процесс, при котором электрический ток проходит от одного электрода к другому в ионизированном растворе, который является электролитом. В этом процессе положительные ионы или катионы движутся к отрицательному электроду или катоду, а отрицательные ионы или анионы — к положительному электроду или аноду.

Прежде чем понять принцип электролиза, следует знать, что такое электролит или определение электролита

Определение электролита

Электролит — это химическое вещество, атомы которого связаны ионными связями, но когда его растворяют в воде, его молекулы разделяются на положительные и отрицательные ионы. Положительно заряженные ионы называются катионами, а отрицательно заряженные — анионами. Оба типа ионов свободно перемещаются в растворе.

Принцип электролиза

В ионных связях один атом теряет свои валентные электроны, а другой атом получает электроны. В результате один атом становится положительно заряженным ионом, а другой — отрицательным ионом. Из-за противоположного заряда они притягиваются друг к другу и образуют связь, называемую ионной связью. В ионной связи сила, действующая между ионами, — это кулоновская сила, которая обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости среды. Относительная диэлектрическая проницаемость воды составляет 80 при 20oC. Поэтому, когда любой ионный химикат растворяется в воде, прочность связи между ионами становится гораздо слабее, и его молекулы распадаются на катионы и анионы, которые свободно перемещаются в растворе.

Теперь мы погрузим два металлических стержня в раствор и применим электрическую разность потенциалов между стержнями внешним образом с помощью батареи.

Эти частично погруженные стержни технически называются электродами. Электрод, подключенный к отрицательному выводу батареи, называется катодом, а электрод, подключенный к положительному выводу батареи, — анодом. Свободно перемещающиеся положительно заряженные катионы притягиваются катодом, а отрицательно заряженные анионы — анодом. На катоде положительные катионы принимают электроны от отрицательного катода, а на аноде отрицательные анионы отдают электроны положительному аноду. Для непрерывного приема и передачи электронов на катоде и аноде соответственно, должен быть поток электронов во внешней цепи электролизера. Это означает, что ток продолжает циркулировать по замкнутой цепи, созданной батареей, электролизером и электродами. Это самый базовый принцип электролиза.

Электролиз сульфата меди

Когда сульфат меди (CuSO4) добавляют в воду, он растворяется в воде. Поскольку CuSO4 является электролитом, он распадается на Cu+ + (катион) и SO4 − − (анион) ионы, которые свободно перемещаются в растворе.

Теперь мы погрузим два медных электрода в этот раствор.

Ионы Cu+ + (катионы) будут притягиваться к катоду, то есть к электроду, подключенному к отрицательному выводу батареи. Достигнув катода, каждый ион Cu+ + будет принимать электроны от него и становиться нейтральным атомом меди.

Аналогично, ионы SO4 − − (анионы) будут притягиваться к аноду, то есть к электроду, подключенному к положительному выводу батареи. Итак, ионы SO4 − − будут двигаться к аноду, где они отдают два электрона и становятся радикалом SO4.

Но поскольку радикал SO4 не может существовать в электрически нейтральном состоянии, он будет атаковать медный анод и образует сульфат меди.

В вышеописанном процессе после принятия электронов нейтральные атомы меди осаждаются на катоде. В то же время, SO4 реагирует с медным анодом и становится CuSO4, но в воде он не может существовать как отдельные молекулы, вместо этого CuSO4 распадается на Cu+ +, SO4