Nguyên lý của quá trình điện phân dung dịch sunfat đồng

Phân giải điện

Phân giải điện là quá trình điện hóa trong đó dòng điện đi từ điện cực này sang điện cực khác trong dung dịch ion hóa, gọi là chất điện phân. Trong quá trình này, các ion dương hoặc cation di chuyển đến điện cực âm hoặc catôt và các ion âm hoặc anion di chuyển đến điện cực dương hoặc anôt.

Trước khi hiểu nguyên lý của phân giải điện, chúng ta nên biết về chất điện phân hoặc định nghĩa của chất điện phân

Định nghĩa của Chất Điện Phân

Chất điện phân là một hợp chất hóa học mà các nguyên tử của nó được kết nối chặt chẽ với nhau bằng liên kết ion. Tuy nhiên, khi hòa tan trong nước, các phân tử của nó tách ra thành các ion dương và âm. Các ion mang điện tích dương được gọi là cation, trong khi các ion mang điện tích âm được gọi là anion. Cả cation và anion đều di chuyển tự do trong dung dịch.

Nguyên lý của Phân Giải Điện

Trong các liên kết ion, một nguyên tử mất các electron valence và nguyên tử khác nhận electron. Kết quả là, một nguyên tử trở thành ion mang điện tích dương và nguyên tử kia trở thành ion mang điện tích âm. Do điện tích trái dấu, cả hai sẽ hút nhau và tạo thành liên kết giữa chúng, gọi là liên kết ion. Trong liên kết ion, lực tác dụng giữa các ion là lực Coulomb, tỷ lệ nghịch với độ thấm của môi trường. Độ thấm tương đối của nước là 80 ở 20oC. Vì vậy, khi bất kỳ hợp chất nào có liên kết ion được hòa tan trong nước, sức mạnh liên kết giữa các ion trở nên yếu hơn nhiều và do đó các phân tử của nó tách thành cation và anion di chuyển tự do trong dung dịch.

Bây giờ, chúng ta sẽ ngâm hai thanh kim loại vào dung dịch và áp dụng một hiệu điện thế giữa các thanh bên ngoài bằng một ắc quy.

Các thanh kim loại được ngâm một phần này được gọi là điện cực. Điện cực được kết nối với cực âm của ắc quy được gọi là catôt và điện cực được kết nối với cực dương của ắc quy được gọi là anôt. Các ion dương cation di chuyển tự do bị hút bởi catôt và các ion âm anion bị hút bởi anôt. Tại catôt, các ion cation dương lấy electron từ catôt âm và tại anôt, các ion anion âm đưa electron cho anôt dương. Để tiếp tục lấy và đưa electron tại catôt và anôt, phải có dòng electron trong mạch ngoại vi của hệ thống điện phân. Điều đó có nghĩa là, dòng điện tiếp tục tuần hoàn xung quanh vòng kín được tạo bởi ắc quy, hệ thống điện phân và điện cực. Đây là nguyên lý cơ bản nhất của phân giải điện.

Phân Giải Điện của Sulfat Đồng

Khi sulfat đồng hoặc CuSO4 được thêm vào nước, nó sẽ tan trong nước. Vì CuSO4 là chất điện phân, nó tách thành Cu+ + (cation) và SO4 − − (anion) và di chuyển tự do trong dung dịch.

Bây giờ, chúng ta sẽ ngâm hai điện cực đồng vào dung dịch đó.

Các ion Cu+ + (cation) sẽ bị hút về phía catôt, tức là điện cực được kết nối với cực âm của ắc quy. Khi đến catôt, mỗi ion Cu+ + sẽ lấy electron từ nó và trở thành nguyên tử đồng trung hòa.

Tương tự, các ion SO4 − − (anion) sẽ bị hút bởi anôt, tức là điện cực được kết nối với cực dương của ắc quy. Vì vậy, các ion SO4 − − sẽ di chuyển về phía anôt, nơi chúng sẽ mất hai electron và trở thành gốc SO4.

Nhưng do gốc SO4 không thể tồn tại trong trạng thái trung hòa điện, nó sẽ tấn công anôt đồng và hình thành sulfat đồng.

Trong quá trình trên, sau khi lấy electron, các nguyên tử đồng trung hòa được lắng đọng trên catôt. Cùng lúc đó, SO4 phản ứng với anôt đồng và trở thành CuSO4 nhưng trong nước, nó không thể tồn tại dưới dạng phân tử đơn lẻ, thay vào đó, CuSO4 sẽ tách thành Cu+ +, SO4 − − và hòa tan trong nước. Vậy có thể kết luận rằng, trong quá trình phân giải điện của sulfat đồng với điện cực đồng, đồng được lắng đọng trên catôt và cùng lượng đồng đó được lấy đi từ anôt. Nếu trong quá trình phân giải điện của sulfat đồng, chúng ta sử dụng điện cực carbon thay vì điện cực đồng hoặc các điện cực kim loại khác, thì các phản ứng phân giải điện sẽ hơi khác. Thực tế, SO