Elektroliza

Elektroliza je razlaganje hemijskog spoja pod uticajem električne struje. Proces elektrolize ne treba miješati sa elektrolitičkom disocijacijom.

Opis i princip rada

Možemo raščlanjivati samo elemente, čije vodene otopine provode električnu struju. Takve se elementi nazivaju elektrolitima, a dijele se na jake i slabe. Elektrolit se ulije u elektrolizer (posudu u kojoj se vrši elektroliza) i u njega se urone elektrode, koje su spojene na izvor istosmjerne električne struje. Zbog prolaska struje kroz elektrolit, ioni otopine ili rastvori kreću se prema elektrodama. Katione (pozitivne čestice) privlači katoda (negativna elektroda), a anione (negativne čestice) anoda (pozitivna elektroda). Na elektrodama se počinju vršiti elektrodne reakcije – redukcija na katodi i oksidacija na anodi. Ako je moguće više istovremenih različitih elektrodnih reakcija, odvijat će se ona za koju treba najmanje energije. Kod svih metala, čiji je standardni elektrodni potencijal veći od -1,5V, elektrolizom vodenih otopina njihovih soli na katodi se vrši redukcija iona tih metala. Ako je standardni redukcijski elektrodni potencijal manji od -1,5V, na katodi se vrši redukcija vode. Na anodi se tokom elektrolize vodenih otopina soli, koje sadrže jednostavne anione, uvijek vrši oksidacija tih aniona. Ako soli sadrže složene jone, na anodi se uvijek vrši oksidacija vode.

Primjeri

Elektroliza vodene otopine bakar(II)-hlorida (CuCl₂)

U laboratorijsku čašu ulijemo otopinu CuCl₂, u kojoj je bakar(II)-hlorid disocirao na Cu²⁺ i Cl^- ione. U otopinu uronimo elektrode i spojimo ih na Leclancheov članak (ili koji drugi izvor istosmjerne električne struje). Cu²⁺ ioni su privučeni prema katodi, gdje dobiju po dva elektrona te nastaje elementarni bakar: Cu²⁺ + 2e^- → Cu. Istodobno su Cl^- ioni privučeni prema anodi, gdje otpuštaju po elektron te nastaje elementarni hlor: 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-. Nakon nekog vremena, na anodi se počinju pojavljati mjehurići plina karakterističnog mirisa – hlora, a katoda poprimi bakreno-crvenu boju – nakupljeni bakar iz otopine. Taj bakar operemo u dušičnoj kiselini.

Cijela jednačina reakcije izgleda ovako:
Cu²⁺ + 2e^- → Cu
2Cl^- → Cl₂ + 2e^-
Cu²⁺ + 2Cl^- → Cu + Cl₂

Elektroliza vodene otopine modre galice (CuSO₄)

U laboratorijsku čašu ulijemo otopinu CuSO₄, u kojoj je modra galica disocirala na Cu²⁺ i SO₄^2- ione. U otopinu uronimo elektrode i spojimo ih na Leclancheov članak (ili koji drugi izvor istosmjerne električne struje). Cu²⁺ ioni su privučeni prema katodi, gdje dobiju po dva elektrona, pri čemu nastaje elementarni bakar: Cu²⁺ + 2e^- → Cu. Istodobno se SO₄^2- ioni nakupljaju u anodnom prostoru i ne oksidiraju, nego se, zbog manje uložene energije, oksidira voda: 2H₂O → O₂ + 4e^- + 4H⁺. Nakon nekog vremena, na katodi se počinju pojavljati mjehurići plina – kisika, a katoda poprimi bakreno-crvenu boju – nakupljeni bakar iz otopine. Taj bakar operemo u dušičnoj kisaelini.

Cijela jednačina reakcije izgleda ovako:
Cu²⁺ + 2e^- → Cu
2H₂O → O₂ + 4e^- + 4H⁺
2Cu²⁺ + 2H₂O → 2Cu + O₂ + 4H⁺

Elektroliza vodene otopine kuhinjske soli (NaCl)

Na metalni stalak pričvrstimo U-cijev i u nju staklenim lijevkom ulijemo otopinu, u kojoj je so disocirala na Na⁺ i Cl^- ione. U oba kraja U-cijevi kapaljkom stavimo nekoliko kapi fenolftaleina. Svaku elektrodu uronimo u jedan kraj U-cijevi i spojimo s Leclancheovim člankom (ili kojim drugim izvorom istosmjerne električne struje). Na katodi se reducira voda, a ne Na⁺ ioni (koji se nakupljaju u katodnom prostoru) jer je za to potrebno manje energije: 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-. OH^- ioni se, također, nakupljaju u katodnom prostoru te reaguju s kationima natrija, čineći natrijevu bazu (Na⁺OH^-). Zbog toga smjesa oko anode postaje ljubičasta - fenolftalein dokazuje prisustvo baze. Na anodi oksidiraju ioni hlora: 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-, koji se vidi u obliku mjehurića i osjeti se njegov karakterističan miris.

Cijela jednačina reakcije izgleda ovako:
2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-
2Cl^- → Cl₂ + 2e^-
2H₂O + 2Cl^- → H₂ + 2OH^- + Cl₂