Celule de electroliză

Electroliza reprezinta un proces in care reactiile chimice de oxidare si reducere re realizeaza prin actiunea curentului electric.

Electroliza pate avea loc in topituri (in general saruri topite) si in solutii de electroliti, medii ce contin ioni.

Electroliza implica un vas electroizolant (1) in care se gaseste solutia de electrolit sau topitura, doi conductori metalici (A si K), sursa de curent continuu (2), rezistenta variabila (3) si miliampermetrul (4). Conductorul metalic legat la polul pozitiv reprezinta anodul; pe anod au loc reactii de oxidare. Catodul reprezinta conductorul metalic legat la polul negativ al sursei de curent continuu; pe catod au loc totdeauna

Fig 3.13. Celula de electroliza

catod, transformandu-se in atomi neutri.

Exemplu: Cu++ +e  Cu+, apoi Cu+ + e- Cu reactia de reducere sau reactia de electronare. La anod are loc un proces de donare de electroni ilustrat prin reactiile: Me  Me+ + e- sau 2Cl-  Cl2 + 2e- care se numeste si reactie de oxidare sau de deelectronare.

Diferenta intre electroliza cu anozi inerti in topitura sau solutie apoasa a aceleiasi sari de NaCl este ilustrata de desfasurarea reactiilor la anod si la catod.

In topitura de Na Cl reactiilece au loc sunt:

La anod: Cl-  ½ Cl2 + e-

La catod: Na+ + e-  Na

Reactiile de oxido-reducere in solutia de electrolit NaCl sunt altele deoarece are loc simultan si spontan disocierea moleculelor de NaCl si a celor de apa.

si

La anod Cl- ½ Cl2 + e-

La catod: H2O + e- 1/2H2 + OH-

Reactia globala de oxido-reducere va fi:

NaCl +H2O NaOH +1/2Cl2 +1/2H2

Electroliza cu electrozi inerti sau solubili se diferentiaza si ea prin reactiile la anod si la catod.

De exemplu la electroliza CuCl2. Are loc disocierea CuCl2 anterior si independent de trecerea curentului electric astfel:

La electrozii inerti reactiile de oxido- reducere sunt:

La anod 2Cl- Cl2 + 2e-

La catod: Cu++ + 2e- Cu

In cazul electrolizei cu anod solubil de cupru reactiile sunt:

La anod Cu Cu++ + 2e-

La catod Cu++ + 2e- Cu

Legile electrolizei. Legile lui Faraday

Legile electrolizei stabilesc relatiile dintre cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit si cantitatea de substanta transformata la electrozi. Enuntul lor este:

1) Pentru orice proces de electrod, cantitatea de substanta (m), transformata prin electroliza este direct proportionala cu cantitatea de electricitate (q) consumata adica cu intensitatea curentului (i) si durata electrolizei (t).

Fiecare ion de un anumit fel cedeaza sau primeste la electrozi un numar de electroni, deci numarul lor total este egal cu cantitatea totala de electricitae ce va fi proportionala cu numarul ionilor care au reactionat, cu cantitatea de substanta m.

2) A doua lege a electrolizei data de Faraday caracterizeaza influenta naturii ionilor.

Cantitatea de electricitate necesara depunerii unui echivalent gram din orice substanta este egala cu 96500 A.sec sau 26,8A.h numita cifra lui Faraday si notata cu 1F.

Sau cu alte cuvinte pentru depunerea unui echivalent gram de substanta trebuie sa treaca un curent de intensitatea 1 A timp de 26,8h sau un curent de 2A timp de 13,4h sau un curent de 4A timp de 6,7h s.a.m.d.

Un alt enunt al acestei legi este: la trecerea unei cantitati egale de electricitate prin diferite solutii de electrolit cantitatile de substanta transformate la electrozi sunt proportionale cu echivalentii chimici.

sau (3.47)

in care E reprezinta echivalentul chimic egal cu E =A/z; A- greutatea atomica; z- valenta iar k –echivalentul electrochimic egal cu

Din aceasta relatie (3.47) se poate calcula cantitatea de electricitate ce trece printr-un circuit de electroliza:

(3.48)

Determinarea sarcinii ce trece prin circuit se face prin punerea in serie intr-un circuit de elctroliza a unei celule de electroliza cu randament 100% numita coulometru.

Coulometru celula de electroliza

Fig 3.16. Circuitul electric de electroliza cu utilizarea coulometrului

Randamentul de curent sau eficienta curentului reprezinta raportul dintre cantitatea de electricitate (q) calculata cu relatia (3.48) si cea practic folosita din valoarea curentului mentinuta constanta si indicata de miliampermetru pe durata efectuarii electrolizei (it)