Princip för elektrolys av kuppersulfat-elektrolyt

Elektrolys

Elektrolys är en elektrokemisk process där ström passerar från ett elektrod till ett annat i en ioniserad lösning som är en elektrolyt. Under denna process kommer positiva jonerna eller kationer till den negativa elektroden eller katoden, och negativa jonerna eller anioner kommer till den positiva elektroden eller anoden.

Innan vi förstår elektrolysens princip, bör vi veta vad en elektrolyt är eller definitionen av elektrolyt.

Definition av elektrolyt

En elektrolyt är en kemikalie vars atomer är starkt bundna tillsammans genom joniska bindningar, men när vi löser den i vatten, delas dess molekyler upp i positiva och negativa joner. De positivt laddade jonerna kallas kationer medan de negativt laddade jonerna kallas anioner. Både kationer och anioner rör sig fritt i lösningen.

Princip för elektrolys

I joniska bindningar förlorar ett atom sina valenselektroner och en annan atom får elektroner. Som ett resultat blir en atom positivt laddad jon och en annan atom blir negativt laddad jon. På grund av motsatta laddningar dras de till varandra och bildar en bindning mellan dem som kallas jonisk bindning. I joniska bindning är den kraft som verkar mellan jonerna Coulombkraften, vilken är omvänt proportionell mot mediumets permittivitet. Vattnets relativpermittivitet är 80 vid 20oC. Så när någon joniskt bunden kemikalier löses i vatten, blir bindningsstyrkan mellan jonerna mycket svagare och dess molekyler delas upp i kationer och anioner som rör sig fritt i lösningen.

Nu ska vi doppa två metallstångar i lösningen och applicera en elektrisk potentialskillnad mellan stångarna extern med hjälp av en batteri.

Dessa delvis doppade stångar kallas tekniskt för elektroder. Elektroden som är ansluten till batteriets negativa terminal kallas katod, och elektroden som är ansluten till batteriets positiva terminal kallas anod. De fritt rörliga positivt laddade kationerna dras till katoden, och negativt laddade anionerna dras till anoden. Vid katoden tar de positiva kationerna elektroner från den negativa katoden, och vid anoden ger de negativa anionerna elektroner till den positiva anoden. För att kontinuerligt ta och ge elektroner vid katoden och anoden respektive, måste det finnas en elektronflöde i det externa kretsen i elektrolyten. Det betyder att ström fortsätter cirkulera runt den slutna slinga som skapas av batteri, elektrolyt och elektroder. Detta är den mest grundläggande principen för elektrolys.

Elektrolys av kopparsvavel

När kopparsvavel eller CuSO4 läggs till vatten, löser den sig i vattnet. Eftersom CuSO4 är en elektrolyt, delas den upp i Cu+ + (kation) och SO4 − − (anion) jonerna och rör sig fritt i lösningen.

Nu ska vi doppa två kopparelektroder i den lösningen.

De Cu+ + jonerna (kation) kommer att dras till katoden, dvs. elektroden ansluten till batteriets negativa terminal. När de når katoden, kommer varje Cu+ + jon att ta elektroner från den och bli neutrala kopparatomer.

På samma sätt kommer SO4 − − (anion) jonerna att dras till anoden, dvs. elektroden ansluten till batteriets positiva terminal. Så SO4 − − jonerna kommer att röra sig mot anoden där de ger bort två elektroner och blir SO4 radikal.

Men eftersom SO4 radikal inte kan existera i elektriskt neutrala tillstånd, kommer det att angripa koppanoden och bildar kopparsvavel.

Under ovanstående process, efter att ha tagit elektroner, deponeras de neutrala kopparatomerna på katoden. Samtidigt reagerar SO4 med koppanoden och blir CuSO4, men i vatten kan det inte existera som enskilda molekyler istället för detta delar sig CuSO4 upp i Cu+ +, SO4 − − och löser sig i vatten. Så kan man dra slutsatsen att, under elektrolys av kopparsvavel med kopparelektroder, deponeras koppar på katoden och samma mängd koppar tas bort från anoden. Om under