electroliza

Proiect la fizică

Electroliza

Gherța Georgiana

Cuprins

Definiție

Legile lui Faraday

Istoric

Condiții

Descriere generală

Aplicații

Procedeu

Video

Definiție

Electroliza este procesul de orientare și separare a ionilor unui electrolit (substanță a cărei molecule prin dizolvare sau topire se disociază în ioni) cu ajutorul curentului electric continuu. În procesul de electroliză, ionii pozitivi sau cationii sunt dirijați înspre catod (pol negativ), iar ionii negativi sau anionii înspre anod (pol pozitiv) unde își pierd sarcina și se depun sau intră în reacție chimică. La anod se produce un proces de oxidare, în timp ce la catod unul de reducere.

Istoric

1785 - Generatorul electrostatic al lui Martinus van Marum a fost folosit pentru a reduce staniul, zincul și antimoniul din sărurile lor folosind electroliza. 1800 - William Nicholson și Anthony Carlisle au descompus apa în hidrogen și oxigen . 1808 - Potasiul (1807), sodiul (1807), bariul, calciul și magneziul au fost descoperite de Humphry Davy folosind electroliza. 1821 - Litiul a fost descoperit de chimistul englez William Thomas Brande, care l-a obținut prin electroliza oxidului de litiu. 1834 - Michael Faraday și-a publicat cele două legi ale electrolizei, le-a oferit o explicație matematică și a introdus terminologiile electrod, electrolit, anod, catod, anion și cation. 1875 - Paul Émile Lecoq de Boisbaudran a descoperit galiul folosind electroliza. 1886 - Fluorul a fost descoperit de Henri Moissan folosind electroliza. 1886 - Procesul Hall-Héroult a fost dezvoltat pentru fabricarea aluminiului. 1890 - Procesul Castner – Kellner a fost dezvoltat pentru fabricarea hidroxidului de sodiu .

Descriere generală

Electroliza este o trecere de curent electric direct printr-o substanță ionică care este fie topită, fie dizolvată într-un solvent potrivit. Principalii componenți ai unei electrolize sunt: Electrolitul: este substanța ce conține ioni liberi ce au rolul de a transporta curentul electric în electrolizor. Electrolizorul: este vasul în care se desfășoară electroliza; Generatorul de curent continuu: furnizează energia electrică necesară pentru a crea descărcarea ionică în electrolit. Curentul electric este transportat printr-un circuit extern. Electrozii: sunt conductorii electrici care reprezintă interfața fizică între circuitul electric și electrolit. Ei sunt de două tipuri: catodul și anodul. Electrozii din metal, grafit sau din material semiconductor sunt folosiți pe scară largă.

Procedeu

Procesul-cheie al electrolizei este schimbul de atomi și ioni prin îndepărtarea sau adăugarea de electroni din circuitul extern. Produsele necesare de electroliză sunt, în unele stări fizice, diferite de la electrolit la electrolit și pot fi eliminate de unele procedee fizice. De exemplu, la electroliza soluției de clorură de sodiu, producția va fi gazoasă și constă în degajarea de hidrogen și clor. Aceste degajări gazoase formează bule pentru a fi colectate.

Un lichid ce conține ioni mobili este produs prin: - dizolvarea sau reacția dintre un compus ionic și un solvent potrivit acestuia (ca apa, de exemplu), pentru a putea produce ioni mobili. - topirea sau fuzionarea unui compus ionic, pentru a forma o topitură, prin încălzire.

Oxidarea ionilor sau a moleculelor neutre apare la anod, iar reducerea ionilor sau a moleculelor neutre apare la catod. Moleculele neutre nu pot reacționa la niciun electrod.

Condiții

În electroliză se ține seama de tensiunea de descompunere, care este tensiunea minimă la care se poate desfășura procesul și care depinde de potențialul de electrod, care este influențat la rândul lui de poziția pe care o are substanța în seria potențialelor electrochimice. Tensiunea de la bornele electrozilor trebuie să acopere și căderea de tensiune în electrolit, în contacte și în electrozi. Dacă în electrolit sunt mai mulți ioni de același semn, electroliza se produce cu o energie minimă.

Aplicații

Aplicarea electrochimiei permite obținerea unor cantități mari de produse importante: hidrogen = pentru combustibil, oxigen = pentru nave spațiale și submarine nucleare (în prezența H2SO4/NaOH, deoarece apa pură nu conduce curentul electric), clor, hidroxizi alcalini, peroxizi, oxicloruri.Prin electroliza subst.topite se obțin: sodiu, calciu, magneziu, aluminiu și alte metale.Datorită metodelor electrochimice s-a reușit obținerea pe cale industrială a bariului, cesiului, litiului.Una din aplicațiile electrolizei cu anozi activi este electrorafinarea (purificarea metalelor: cupru, argint, aluminiu, zinc).Cea mai mare cantitate din necesarul mondial de hidroxid de sodiu și potasiu se obține prin electroliza soluțiilor apoase de clorură. Electroliza se mai utilizează în instrumentele de măsurare a pH-ului (prin compararea pH-ului soluției cu cel al electrodului).Epilarea are loc prin aplicarea unei tensiuni foarte mici într-o sol. de NaCl ce se află pe rădăcina firului. În urma electrolizei rezultă NaOH, ce arde foliculul. Se utilizează la instalațiile de întărire a grăsimilor vegetale/animale. Extragerea metaloizilor din apă. Fabricarea sodei caustice (prin electroliza sol.de NaCl). Îndepărtarea ruginii și curățarea monedelor vechi și a altor obiecte metalice. Galvanotehnica (+aplicații în sculptură, confecționarea contactelor: galvanostegie (depunerea pe mulaje din materiale plastice = ceară/lut, impregnate cu grafit a unui strat metalic subțire = gravare, reproducerea sculpturilor, medaliilor, ziarelor, placarea pieselor auto) și galvanizare (depunerea stratelor metalice în scop decorativ sau protector: nichelare, cromare, argintare, aurire). Ionoterapia (un corp sănătos conține 80% ioni negativi și 20% ioni pozitivi, constituind un magnet pentru toxine). Băile electrolitice (cu apă călduță, în care s-a dizolvat sare și se emite curent electric de 1,2-1,8 A) ajută la eliminarea unei cantități importante de toxine și acid uric prin pielea tălpilor.