Przeczytaj
ElektrolizaElektroliza to zespół przemian, które zachodzą na granicy faz przewodnik‑roztwór oraz pod wpływem przyłożonego dużego napięcia do przewodników elektrolizera (urządzenia do przeprowadzania elektrolizy). Jest to więc proces wymuszony, a jednym z jego powszechnych zastosowań jest otrzymywanie czystych pierwiastków. Na skalę przemysłową najczęściej są nimi metale, takie jak sód, glin, lit czy potas.
Otrzymywanie sodu
Elektroliza stopionego chlorku sodu
Sieć krystaliczna chlorku sodu zostaje zniszczona pod wpływem wysokiej temperatury ok. 800°C, dzięki czemu możliwy jest swobodny ruch jonów w kierunku elektrod. Zachodzą wówczas następujące reakcje elektrodowe:
Podczas elektrolizy następuje wędrówka kationów sodu do katody (-), gdzie ulegają redukcji, oraz anionów chlorkowych do anody (+), gdzie z kolei ulegają utlenieniu. Na katodzie wydziela się więc sód, a na anodzie chlor. Zachodzi reakcja, którą można zapisać następującym równaniem:
Elektroliza stopionego wodorotlenku sodu
Sód można również otrzymać w wyniku elektrolizy stopionego . Jest to proces Castnera-Kellneraproces Castnera-Kellnera, który obecnie ma znaczenie historyczne. Wodorotlenek sodu topiony jest w temperaturze ok. 330°C.
Powstające w wyniku dysocjacji termicznej kationy sodu wędrują do katody (-), gdzie następuje ich redukcja do sodu. W tym samym czasie aniony wodorotlenkowe przemieszczają się do anody (+), gdzie odbywa się ich utlenianie do tlenu.
katoda (elektroda z miedzi): ;
anoda (elektroda z żelaza lub niklu): .
Sumaryczna reakcji elektrolizy stopionego wodorotlenku sodu przedstawia poniższe równanie:
Ubocznie może następować również reakcja powstałej wody z sodem.
Otrzymywanie glinu
Elektroliza tlenku glinu rozpuszczonego w kriolicie – metoda Halla
Przemysłowa metoda otrzymywania glinu polega na elektrolizie tlenku glinu, czyli głównego składnika boksytu (rudy glinu) – głównej rudy glinu. Tlenek glinu rozpuszcza się jest w kriolicie, czyli (heksafluoroglinianie sodu). Ponieważ temperatura topnienia tlenku glinu wynosi ok. 2045°C, a topnienie kriolitu następuje w temperaturze 1012°C, w celu zmniejszenia temperatury topnienia dodaje się topniki – np. fluorek wapnia – które zmniejszą temperaturę topienia do 920‑980°C. Proces elektrolizy prowadzony jest w wannach wykonanych ze stali, w których umieszczone są elektrody węglowe (grafitowe), stanowiące zarówno katodę, jak i anodę. Podczas procesu wydziela się tlen, który, reagując z węglem, utlenia go do tlenku węgla(II) oraz tlenku węgla(IV).
Podczas elektrolizy jony, które zawierają glin (aniony tetrafluoroglinianowe), ulegają redukcji. Na anodzie natomiast następuje utlenienie jonów glinu (pochodzących z anionów tetrafluorodioksoglinianowych) za pomocą tlenku węgla(II), który utlenia się do tlenku węgla(IV).
Zachodzą następujące reakcje elektrodowe:
katoda (elektroda węglowa): ;
anoda (elektroda węglowa): .
Sumaryczną reakcję elektrolizy tlenku glinu z udziałem węgla można przedstawić za pomocą następującego równania:
Otrzymywanie litu
Elektroliza stopionego chlorku litu
Przemysłowe otrzymywanie litu polega na elektrolizie stopionego chlorku litu, do którego dodaje się chlorku potasu, aby obniżyć temperaturę topnienia – wówczas jest to 400°C.
Powstające w wyniku dysocjacji termicznej kationy litu wędrują do katody (-), gdzie następuje ich redukcja do litu. W tym samym czasie aniony chlorkowe wędrują do anody (+), gdzie następuje ich utlenianie do chloru. Zachodzą następujące reakcje elektrodowe:
katoda (elektroda stalowa): ;
anoda (elektroda grafitowa): .
Sumaryczna reakcji elektrolizy stopionego wodorotlenku sodu przedstawia poniższe równanie:
W analogiczny sposób, poprzez elektrolizę stopionej soli, otrzymuje się inne metale, np. cynk (np. elektroliza stopionego chlorku cynku), ołów (np. elektroliza stopionego chlorku ołowiu(II)) lub potas (np. elektroliza stopionego chlorku potasu).
Słownik
(gr. ḗlektron „bursztyn”, lýsis „rozłożenie”) podstawowy proces elektrochemiczny; polega na chemicznej przemianie składników elektrolitu (a często i materiału elektrod), przebiegającej na elektrodach pod wpływem przepływu prądu elektrycznego
(gr. káthodos „schodzenie”) w elektrochemii — w ogniwie galwanicznym i elektrolizerze ta elektroda, na której zachodzi reakcja redukcji
(gr. ana „w górę”, hodós „ścieżka”) w elektrochemii — w ogniwie galwanicznym i elektrolizerze ta elektroda, na której zachodzi reakcja utlenienia
proces wytwarzania metalicznego sodu poprzez elektrolizę stopionego wodorotlenku sodu w temperaturze ok. 330°C; katoda zbudowana jest z miedzi i zachodzi na niej redukcja kationów sodu do atomów sodu; anodę z kolei stanowi nikiel, na którym zachodzi proces utleniania anionów wodorotlenkowych do tlenu cząsteczkowego
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Pazdro K. M., Podręcznik do kształcenia rozszerzonego w liceach, Część II. Chemia fizyczna, Oficyna Edukacyjna, Warszawa 2009.