Кіріспе

Электр энергиясын пайдаланып, спонтанды емес тотығу-тотықсыздану реакциясын жүзеге асыратын жасуша.

Электролиттік жасуша – бұл сыртқы электр энергиясының көзін пайдаланып, өздігінен жүрмейтін химиялық реакцияны күштеп жүзеге асыруға арналған электрохимиялық жасуша. Сыртқы энергия көзі – жасушаның екі электроды арасында қолданылатын кернеу; электролит ерітіндісіне батырылған анод (оң зарядталған электрод) және катод (теріс зарядталған электрод).

Негізгі қағидалар

Электролиттік жасушада ток сыртқы кернеу арқылы жасушадан өтеді, нәтижесінде спонтанды емес химиялық реакция жүзеге асады. Гальваникалық жасушада спонтанды химиялық реакцияның прогресі электр тогының ағылуына себеп болады. Тепе-теңдіктегі электрохимиялық жасуша электролиттік және гальваникалық жасушалардың аралық күйде болады. Спонтанды реакцияның сыртқы тізбек арқылы токты итеруге бейімділігі, кері электр қозғалтқыш күшімен дәл теңдестіріледі, сондықтан ток ағыны болмайды. Егер бұл кері электр қозғалтқыш күші артырылса, жасуша электролиттік жасушаға, ал егер азайтылса, гальваникалық жасушаға айналады. Электролиттік жасушаның үш құрамы бар: электролит және екі электрод (катод және анод). Электролит – әдетте, иондар еріген су немесе басқа еріткіштердің ерітіндісі. Натрий хлориді сияқты балқыған тұздар да электролит ретінде жұмыс істей алады. Электродтарға сыртқы кернеу қолданғанда, электролиттегі иондар қарама-қарсы зарядталған электродқа тартылады, онда заряд алмасу (фарадалық немесе тотығу-тотықсыздану) реакциялары жүзеге асуы мүмкін. Тек дұрыс полярлылықпен және жеткілікті шамадағы сыртқы электр потенциалы (яғни, кернеу) болғанда ғана электролиттік жасуша ерітіндідегі қалыпты жағдайда тұрақты немесе инертті химиялық қосылысты ыдырата алады. Берілген электр энергиясы, әйтпесе өздігінен жүрмейтін химиялық реакцияны тудыруы мүмкін. Майкл Фарадей жасушаның катодын – жасуша ішінде ағып келетін катиондардың (мысалы, күміс иондары Ag, оң зарядталған иондар) сол электродтан электрондармен (теріс зарядталған) әрекеттесіп, тотығуға ұшырайтын электрод деп анықтады. Сол сияқты, ол анодты – жасуша ішінде ағып келетін аниондардың (мысалы, хлорид иондары Cl, теріс зарядталған иондар) электродқа электрондарды беріп, тотықтырылатын электрод деп анықтады. Гальваникалық элементтің (немесе батареяның) электродтарына қосылған сыртқы сымға, электр тізбегін құрап, катод оң, ал анод теріс болады. Осылайша, гальваникалық жасуша жағдайында сыртқы тізбек арқылы катодтан анодқа оң электр тогы ағылады.

Қолданбалар

Электролиттік жасушалар көбінесе химиялық қосылыстарды электролиз деп аталатын процесте ыдыратады, мұнда электро – электр энергиясын, ал грек сөзі лизис – бөлінуді білдіреді. Электролиздің маңызды мысалдары – судың сутегі мен оттегіге, ал бокситтің алюминий мен басқа химиялық заттарға ыдырауы. Электролиттік жасушаны пайдаланып электрожақтау (мысалы, мыс, күміс, никель немесе хром жақтау) жүргізіледі. Электролиз – тікелей электр тогын (ТЭТ) пайдаланатын әдіс. Өндірісте электролиттік жасушалар бірнеше темір емес металдарды электролиздеу және электрохимиялық жолмен алу үшін қолданылады. Көптеген жоғары тазалықтағы алюминий, мыс, мырыш және қорғасын электролиттік жасушаларда өндіріледі. Бұған дейін айтқанымыздай, су, әсіресе иондар қосылғанда (тұзды немесе қышқыл су), электролизденуі мүмкін (электролизге түсіріледі). Сыртқы кернеу көзімен қозғалғанда, сутек (H) иондары катодқа ағып, электрондармен бірігіп, тотығу реакциясында сутек газын құрайды. Сол сияқты, гидроксид (OH) иондары анодқа ағып, электрондарды және сутек (H) ионын босатып, тотығу реакциясында оттегі газын құрайды. Ерітілген натрий хлориді (NaCl) арқылы ток өткен кезде анод хлорид иондарын (Cl) хлор газына окистендіреді, ол анодқа электрондарды босатады. Сол сияқты, катод натрий иондарын (Na) азайтады, ол катодтан электрондарды қабылдап, оларды катодқа натрий металлы ретінде жинақтайды. Суда ерітілген натрий хлоридін де электролизден өткізуге болады. Анод хлорид иондарын (Cl) окистендіреді және хлор (Cl2) газын шығарады. Алайда, катодта натрий иондары натрий металлына дейін азаюдың орнына, су молекулалары гидроксид иондарына (OH) және сутек газына (H2) азаяды. Электролиздің жалпы нәтижесі – хлор газы, сутек газы және натрий гидроксидінің (NaOH) сулы ерітіндісінің түзілуі.