Efectul Chimic Al Curentului Electric [PDF]

Zitiervorschau

EFECTUL CHIMIC AL CURENTULUI ELECTRIC DISOCIEREA ELECTROLITICA

Lichidele pure nu conduc curentul electric, deoarece nu au purtători de sarcină electrică liberi. Substanțele ale căror soluții in apă sau în alte lichide conduc curentul electric se numesc electroliți. Electroliții pot fi acizi, săruri, baze etc. In soluție, fiecare moleculă a electrolitului (solvatului) este înconjurată de un grup de molecule ale solventului. Moleculele solventului tind să “rupă” moleculele electrolitului in două parți cu sarcini electrice diferite. Ca urmare, moleculele electrolitului se desfac în contact cu solventul, în ioni pozitivi (cationi) și în ioni negativi (anioni). Disocierea electrolitică reprezintă procesul de desfacere a moleculelor electrolitului în ioni de semn opus, în contact cu solventul. Alături de procesul de disociere electrolitica, în prezența ionilor de semn contrar, are loc și procesul invers de recombinare a ionilor, ce produce formarea de molecule. Procesul de recombinare este frânat de moleculele de solvent care înconjoara fiecare ion.

ELECTROLIZA Electroliza reprezintă procesul de deplasare, neutralizare (prin oxidare si reducere) si de depunere sau eliberare a produșilor rezultați din disociere electrolitică, determinat de trecerea curentului electric continuu prin soluțiile electrolitice. Aplicând un câmp electric între electrozii unui voltametru, apare o componentă ordonată a mișcarii ionilor. În soluție, ionii își păstrează individualitatea, dar, ajunși la electrozi, au loc următoarele procese fizice: -anionii (ionii negativi) cedeaza anodului electronii în surplus (oxidare) care trec în circuitul exterior;

-cationii (ionii pozitivi) primesc electronii din circuitul exterior (reducere).

ELECTROLIZA SOLUTIEI DE KI Soluţia conţine ioni K+ şi I- proveniţi prin ionizarea KI, şi ioni H+ (în apă există ioni H3O+) şi HO- rezultaţi prin ionizarea apei. La trecerea curentului electric, ionii sunt orientaţi către cei doi electrozi. La electrodul negativ (catod) se produce reducerea ionilor H3O+, deoarece au potenţial de reducere mai mare decât a ionilor K+ (-2,92V), în timp ce la electrodul pozitiv (anod) are loc oxidarea (0,52V), deoarece oxidarea apei se realizează la o tensiune mult mai mare (1,23V). Ecuatiile reacţiilor care au loc la electrozi sunt:

Ecuatia reacţiei totale care se desfăşoară la electroliza unei soluţii de KI este:

LEGEA LUI FARADAY După Faraday, cantitatea de metal depusă la catod este proporțională cu sarcina electrica (produsul dintre intensitatea curentului electric și timpul de electroliză) și cu echivalentul-gram al metalului depus.

-m= cantitatea de metal depusă la catod (grame); -A= masa atomică a metalului; -n= valența metalului; -F= 96500 de coulombi per secunda; -I= intensitatea curentului electric (în coulombi per mol); -t= timpul de electroliză. Raportul A/Fn se numește echivalent electrochimic.

APLICATII INDUSTRIALE

Electroliza este utilizată pentru obţinerea metalelor pure (Cu, Ag, Al, Zn, Pt) în galvanoplastie și galvanostegie. Galvanoplastia constă în depunerea unor straturi metalice subţiri pe obiecte metalice în scop de protecţie sau decorativ (nichelare, cromare, argintare, aurire etc.); Galvanostegia constă în depuneri electrolitice de metal pe mulaje din materiale plastice (sau ceară), impregnate cu un strat de grafit, pentru a le face conductoare. Mulajul este montat la catod şi după depunerea metalului se îndepărtează materialul mulajului. Se obţin astfel reproduceri foarte fidele ale formei unor obiecte (sculpturi, alte opere de artă). Galvanoplastia constă în depunerea unor straturi metalice subţiri pe obiecte metalice în scop de protecţie sau decorativ (nichelare, cromare, argintare, aurire etc.); Galvanostegia constă în depuneri electrolitice de metal pe mulaje din materiale plastice (sau ceară), impregnate cu un strat de grafit, pentru a le face conductoare. Mulajul este montat la catod şi după depunerea metalului se îndepărtează materialul mulajului. Se obţin astfel reproduceri foarte fidele ale formei unor obiecte (sculpturi, alte opere de artă). Obţinerea metalelor pure prin rafinare se realizează prin electroliza cu anod solubil unde metalul este transferat de pe anodul impur pe catodul realizat sub forma unei lame sau a unui fir foarte pur. Aluminiul pur se obţine din praf de alumină (Al2O3), care se topeşte într-o cuvă cu pereţi din grafit, acesta constituind catodul. Anodul este un electrod din grafit. În urma electrolizei ionii de Al3+ se depun pe pereţii cuvei. Prin electroliză se obţine şi cuprul electrotehnic de mare puritate. Acumulatori

O evidențiere a efectului chimic al curentului electric poate fi realizată prezentând cel mai cunoscut acumulator, realizat din lamele de Pb, introduse într-o solutie de acid sulfuric. În urma disocierii electrolitului din acumulator, se obțin ioni H+ si SO42-. Atunci când acest acumulator este legat la un generator, pentru a fi încarcat, ionii H+ sunt dirijați de câmp spre catod, ceea ce va determina degajarea de H2. În urma neutralizării anionului, pe anod (cea de a doua lamela de plumb, legata la borna + a generatorului) se va obtine un strat de PbO2, iar concentratia acidului sulfuric va creste. Astfel, trecerea curentului electric favorizeaza o reactie chimica in urma careia cei doi electrozi nu vor mai fi identici, unul fiind acoperit cu un strat de PbO2.

Humphry Davy (17 decembrie 1778 - 29 mai 1829) a fost un inventator și chimist englez. A studiat și a folosit electroliza, descoperind 5 metale ( potasiul, sodiul, bariul, calciul și magneziul), iar în 1815 a inventat o lampă pentru mineri. A ajutat și la descoperirea clorului și a iodului. Berzelius a numit lucrarea sa din 1806 “On Some Chemical Agencies of Electricity” drept una din cele mai bune memorii apărute vreodată în teoria chimică. I-a influențat pe Michael Faraday și pe William Thomson. Potasiul – obținut prin electroliza potasei caustice (KOH); Sodiul – obținut prin electroliza sodei caustice (NaOH);

Bariu – obținut prin electroliza unui amestec alcătuit din oxid de bariu (BaO) si oxid de mercur (HgO); Calciu – obținut prin electroliza varului nestins (CaO); Magneziu – obținut prin electroliza mineralul numit periclaz (MgO);