Электр энергиясымен жүзеге асырылатын электролиз жасушасы
Electrolytic cell
Электролиздік жасуша: спонтанды емес реакцияны жүзеге асыру үшін электр энергиясын қолдану. Анод, катод, электролит туралы біліңіз! Химия, электрохимия.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр энергиясын пайдаланып, спонтанды емес тотығу-тотықсыздану реакциясын жүзеге асыратын жасуша.
Cell that uses electrical energy to drive a non spontaneous redox reaction
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).
An electrolytic cell is an electrochemical cell that utilizes an external source of electrical energy to force a chemical reaction that would otherwise not occur. The external energy source is a voltage applied between the cell's two electrodes; an anode (positively charged electrode) and a cathode (negatively charged electrode), which are immersed in an electrolyte solution.
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.
In an electrolytic cell, a current passes through the cell by an external voltage, causing a non spontaneous chemical reaction to proceed. In a galvanic cell, the progress of a spontaneous chemical reaction causes an electric current to flow. An equilibrium electrochemical cell exists in the state between an electrolytic cell and a galvanic cell. The tendency of a spontaneous reaction to push a current through the external circuit is exactly balanced by a counter electromotive force so that no current flows. If this counter electromotive force is increased, the cell becomes an electrolytic cell, and if it is decreased, the cell becomes a galvanic cell. An electrolytic cell has three components: an electrolyte and two electrodes (a cathode and an anode). The electrolyte is usually a solution of water or other solvents in which ions are dissolved. Molten salts such as sodium chloride can also function as electrolytes. When driven by an external voltage applied to the electrodes, the ions in the electrolyte are attracted to an electrode with the opposite charge, where charge transferring (also called faradaic or redox) reactions can take place. Only with an external electrical potential (i. e., voltage) of correct polarity and sufficient magnitude can an electrolytic cell decompose a normally stable, or inert chemical compound in the solution. The electrical energy provided can produce a chemical reaction that would otherwise not occur spontaneously. Michael Faraday defined the cathode of a cell as the electrode to which cations (positively charged ions, such as silver ions Ag) flow within the cell, to be reduced by reacting with electrons (negatively charged) from that electrode. Likewise, he defined the anode as the electrode to which anions (negatively charged ions, like chloride ions Cl) flow within the cell, to be oxidized by depositing electrons on the electrode. To an external wire connected to the electrodes of a galvanic cell (or battery), forming an electric circuit, the cathode is positive and the anode is negative. Thus positive electric current flows from the cathode to the anode through the external circuit in the case of a galvanic cell.
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.
Electrolytic cells are often used to decompose chemical compounds, in a process called electrolysis—with electro meaning electricity and the Greek word lysis means to break up. Important examples of electrolysis are the decomposition of water into hydrogen and oxygen, and bauxite into aluminum and other chemicals. Electroplating (e. g., of copper, silver, nickel, or chromium) is done using an electrolytic cell. Electrolysis is a technique that uses a direct electric current (DC). Commercially, electrolytic cells are used in the electrorefining and electrowinning of several non ferrous metals. Most high purity aluminum, copper, zinc, and lead are produced industrially in electrolytic cells. As already noted, water, particularly when ions are added (saltwater or acidic water), can be electrolyzed (subjected to electrolysis). When driven by an external source of voltage, hydrogen (H) ions flow to the cathode to combine with electrons to produce hydrogen gas in a reduction reaction. Likewise, hydroxide (OH) ions flow to the anode to release electrons and a hydrogen (H) ion to produce oxygen gas in an oxidation reaction. In molten sodium chloride (NaCl), when a current is passed through the salt the anode oxidizes chloride ions (Cl) to chlorine gas, it releases electrons to the anode. Likewise, the cathode reduces sodium ions (Na), which accepts electrons from the cathode and deposits them on the cathode as sodium metal. Sodium chloride that has been dissolved in water can also be electrolyzed. The anode oxidizes the chloride ions (Cl), and produces chlorine (Cl2) gas. However, at the cathode, instead of sodium ions being reduced to sodium metal, water molecules are reduced to hydroxide ions (OH) and hydrogen gas (H2). The overall result of the electrolysis is the production of chlorine gas, hydrogen gas, and aqueous sodium hydroxide (NaOH) solution.