Какво е електролитна клетка?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Електролитната клетка е електрохимично устройство, в което се изразходва електрическа енергия за задействане на неспонтанна редукция на окисление или редокс реакция. Това е обратното на галванична или волтова клетка , която генерира електрическа енергия от спонтанна редокс реакция.

Много от неспонтанните реакции, протичащи в електролитните клетки, включват разпадането на химично съединение на съставните му елементи или на по-прости химични вещества. Този клас електрически задвижвани процеси на лизис или разпадане се наричат ​​електролиза, откъдето електролитните клетки получават името си.

Електролитните клетки позволяват електрическата енергия да се преобразува в химическа потенциална енергия. Те също така формират основата на много металургични процеси, без които обществото, каквото го познаваме днес, не би съществувало.

Електролитни клетки срещу електрохимични клетки

Концепция, свързана с електролитните клетки, е тази на електрохимичните клетки. Има малко разделение около концепцията за последното. Някои автори смятат, че всички клетки, в които окислително-редукционната реакция е свързана с електрически ток между два електрода, представляват електрохимична клетка, независимо дали реакцията е спонтанна или не. Погледнато от тази гледна точка, електролитните клетки са особен тип електрохимични клетки.

От друга страна, друга група автори определя електрохимичните клетки като тези, в които спонтанна реакция на редукция на окисление генерира електрически ток. В този случай електролитните клетки биха били точно обратното на електрохимичните клетки.

Независимо от тази дилема, ясно е, че това, което характеризира една електролитна клетка е, че тя включва редокс реакция, която не е спонтанна и следователно изисква въвеждане на енергия от външен източник, за да се случи.

Клетки, половин клетки и половин реакции

Както подсказва името й, всяка окислително-редукционна реакция включва два отделни, но взаимосвързани процеса, окисление и редукция. Окисляването е загубата на електрони, докато редукцията е получаването им. Тъй като в една чиста химическа реакция не може да има осиротели електрони без атом, който да живее, окислението и редукцията не могат да възникнат едно без друго. Въпреки това не е задължително и двата процеса да се извършват на едно и също място.

Този последен факт представлява причината за съществуването на електрохимичните клетки и също (или като разширение) на електролитните клетки. Електролитната клетка не е нищо повече от експериментално устройство, в което процесите на окисление и редукция на редокс реакция са физически разделени, но което позволява потока на електрони от мястото, където се извършва окислението, до мястото, където се извършва редукция чрез проводник. Отделните отделения, където протичат тези полуреакции, се наричат ​​полуклетки , а специфичното място или повърхност, където протича всяка полуреакция, се нарича електрод .

Всяка електрохимична или електролитна клетка се определя от характеристиките на електродите, от специфичната полуреакция, която протича във всеки от тях и от състава и концентрацията на разтворите, присъстващи във всяка половин клетка. Освен това спонтанността на окислително-редукционната реакция се определя от така наречения клетъчен потенциал (представен като Е клетка ).

Положителният клетъчен потенциал предполага спонтанна реакция, докато ако е отрицателен, реакцията няма да бъде спонтанна. Следователно можем отново да дефинираме електролитна клетка като такава, която има отрицателен клетъчен потенциал, който изисква електрическа енергия, за да функционира.

Работа на електролитни клетки

Следващата фигура показва компонентите на типична обща електролитна клетка.

работа на електролитната клетка

Както може да се види, клетката се състои от два електрода ( анод и катод ), които са потопени в електролитен разтвор (който гарантира, че провежда електричество, затваряйки електрическата верига) и които също са свързани с помощта на електрически проводници преминавайки през източник на постоянен ток (сивата кутия, която е свързана към електрическата стена).

Полуреакциите, които възникват в тази обща електролитна клетка, са показани от дясната страна на изображението. Както може да се види, потенциалът на клетката (този на цялостната реакция) е отрицателен, така че електроните (които също са отрицателни) нямат тенденцията да текат от анода към катода.

Въпреки това, когато източникът на захранване е включен, той генерира потенциална разлика, която противодейства и надвишава потенциала на клетката, което подтиква електроните да се движат през проводника, причинявайки възникването на окислително-редукционната реакция.

По дефиниция, в електролитна клетка, анодът е електродът, където протича окисляването и обикновено е представен отляво. Вместо това, катодът е мястото, където се извършва редукция и е изобразен вдясно, така че електроните винаги протичат от анода към катода.

Лесен начин да запомните това (на испански) е, че „гласните вървят с гласни, а съгласните – със съгласни“:

Ánode , Oxidation и ляво започват с гласна, така че всички вървят заедно; като има предвид, че Cathode , Reduction и Right всички започват със съгласна, така че те също вървят заедно.

Използване на електролитни клетки

Може да се каже, че електролитните клетки са от съществено значение за съвременния ни начин на живот. Това се дължи, първо, на многото основни индустрии, които зависят изцяло от електролитните процеси, и второ, на факта, че те формират основата на способността ни да съхраняваме електрическа енергия под формата на химическа потенциална енергия. Някои от най-важните приложения на електролитните клетки са:

Производство и пречистване на метали

Някои от най-важните метали за хората, като алуминий и мед, се произвеждат промишлено с помощта на електролитни клетки. Те също така представляват един от малкото начини за получаване на активни метали като алкални метали (литий, натрий и калий) и някои много важни алкалоземни метали като магнезий.

Производство на халогени

Халогените като флуор и хлор са от голямо значение в химическата промишленост. Те са основни реагенти за производството на много петролни производни като PVC и тефлон, както и се използват в безброй синтетични процеси за лекарства, които спасяват животи всеки ден. Основният източник на тези халогени е електролизата на соли, съдържащи техните йони.

Енергиен запас

Както бе споменато по-горе, електролитните клетки са способни да съхраняват електрическа енергия под формата на химическа енергия. Най-осезаемият пример за това е процесът на зареждане на всички акумулаторни батерии. Без електролитни клетки литиевите батерии, които захранват по-голямата част от мобилните устройства, които използваме всеки ден, не биха били акумулаторни. Електролизата на водата е в основата на производството на газообразен водород , който може да се използва като чисто гориво в ракети като Blue Shephard на Blue Origin , аерокосмическата компания на Джеф Безос или като източник на електрическа енергия в горивни клетки на някои модели електрически автомобили.

Примери за електролитни клетки

електролиза на вода

Електролизата на водата се извършва чрез пропускане на ток през 0,1 М разтвор на сярна киселина.Включените полуреакции и общата реакция са:

Пример за електролиза: електролитна клетка с вода

Електролиза на стопен натриев хлорид

В разтопения натриев хлорид йоните действат като носители на заряд, които провеждат електричество. Ето как се произвежда натрий на индустриално ниво.

Пример за електролиза: електролитна клетка с натриев хлорид

Препратки

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados