Въведение в електролиза

Преди да се запознаем с процеса на електролиза, нека си припомним структурата на галваничната клетка, за да можем да я сравним с електролизната клетка. Галваничната клетка използва спонтанна окислително-редукционна реакция, при което се генерира електрически ток. Ако започнем с нашия цинков електрод, цинкът се превръща в йони Zn2+. Така че твърдият цинк се превръща в йони Zn2+. Един атом цинк губи два електрона, за да се превърне в Zn2+. Загубата на електрони е окисление. Окислението се извършва на цинковия електрод. Цинковият електрод е нашият анод. Запомни, че окислението се извършва на анода. Можеш да го запомниш като "an ox", което е "вол" (ан-од – ок-исление). Цинковият електрод е източникът на електрони. Това е отрицателният електрод и тези електрони преминават през проводника и се генерира електрически ток. Когато тези два електрона достигнат до медния електрод, ние знаем, че в разтвора имаме Cu2+ йони. В разтвора има Cu2+. Когато тези йони Cu2+ получат тези два електрона, Cu2+ се превръща в мед. Медният електрод се състои от мед. Това е редукция. Получаването на електрони е редукция. Редукцията се случва на медния електрод, което го прави катод. Запомни red cat, или червена котка. (ред-укция – кат-од). Red cat е начин да го запомниш. Медният електрод е положителният електрод. И този процес е спонтанен. Стандартният клетъчен потенциал, Е нулево е +1,10 волта. Запомни, че положителната стойност на клетъчния потенциал означава спонтанна реакция. И се генерира електрически ток. Сега да сравним галваничната клетка с електролизната клетка тук вдясно. Електролизната клетка използва електричество за да се проведе неспонтанна окислително-редукционна реакция. Ако погледнем тук общото уравнение, започваме с твърда мед и йони Zn2+ в разтвора. И получаваме Cu2+ йони в разтвора и твърд цинк. Това е точно обратното на процеса, за който говорихме досега. Реагентите в този процес са продуктите в този. За да намерим стандартния клетъчен потенциал трябва да вземем отрицателната стойност на този клетъчен потенциал, тъй като просто обръщаме реакцията. Ако обръщаме реакцията, просто обръщаме знака. Така стандартният клетъчен потенциал ще бъде –1,10 волта. Отрицателната стойност на клетъчния потенциал означава, че окислително-редукционният процес не е спонтанен. Той не протича от само себе си. Металната мед не се превръща просто така в Cu2+ и Zn2+ не се превръща просто така в твърд цинк. Трябва някакво помощ, за да се случи това. Трябва външен източник на напрежение, като батерия, за да протече тази реакция, да я принуди да се състои. Значи тук ни трябва батерия. Нека да сложа батерия в този кръг. Имаме батерия. Отрицателният извод трябва да е отляво, а положителният извод трябва да е отдясно. Това е източник на напрежение. И ни трябват най-малко 1,10 волта, за да протече реакцията. На практика са повече от 1,10 волта. Така че от отрицателния електрод на батерията получаваме електроните. Електроните идват от отрицателния извод на батерията, и отиват в цинковия електрод. Електроните постъпват в цинковия електрод. Нека нарисувам тук два електрона. И тук имаме два йона Zn2+ в разтвора. Тези йони имат възможност да се редуцират. Ако тези два йона Zn2+ получат тези два електрона те се превръщат в метален цинк. Образува се твърд цинк. Върху цинковия електрод се образува цинк. Така, когато Zn2+ получава два електрона и се получава цинк, това е редукция. Получаването на електрони е редукция. Този път редукцията се извършва на цинковия електрод, редукцията става на катода. Цинковият електрод е нашият катод. Още веднъж, red cat (ред-укция на кат-ода). Цинковият електрод е по-отрицателен. Така че имаме електрони, които постъпват в цинковия електрод. Това го прави отрицателен електрод. Батерията отнема електрони от медния електрод. Медния електрод губи електрони. Електроните преминават през батерията тук. Те се движат към положителния извод на батерията. Това прави медния електрод сравнително положителен. Това е нашият положителен електрод. Това е мястото, където се извършва окислението. Така твърдата мед се превръща в йони Cu2+. Твърдата мед се превръща в Cu2+. Имаме твърда мед, която се превръща в Cu2+. И за да стане това, тя губи два електрона. Значи твърдата мед се превръща в Cu2+, като губи два електрона. Загубата на електрони е окисление. Окислението става на медния електрод този път и това го прави анод. Тъй като окислението се извършва на анода. Спомни си, an ox (ан-од – ок-исление). Медният електрод губи маса с течение на времето. Така че виждаш разликата между галванична клетка и електролизна клетка. Галваничната клетка създава ток, защото протича спонтанна окислително-редукционна реакция. Но в електролизната клетка имаме неспонтанен окислително-редукционен процес. И за да протече, ни е необходим ток. Трябва ни външен източник на напрежение. Нека да подчертая факта, че знаците на електродите са противоположни в галванична и електролизна клетка. Нека да използвам различен цвят, виждаме, че тук анод е цинковият електрод, това е отрицателният електрод. И това е така, защото цинковият електрод е източник на електрони. Това го прави отрицателен електрод. Но ето тук, отрицателният електрод е нашият катод. Защото електроните се насочват принудително към него от батерия. Така че знаците са обратни за галванична и електролизна клетка. Обърни внимание, че в електролизната клетка отрицателният електрод е свързан с отрицателния извод на батерията. А положителният електрод е свързан с положителния извод на батерията Това е добър начин за запомняне кой електрод къде е в електролизната клетка. Просто погледни към батерията и веднага ще разбереш.