Παραδείγματα ηλεκτρολύσεων - Εφαρμογές

α. Ηλεκτρόλυση διαλύματος H2SO4 (με ηλεκτρόδια Pt) Η σύσταση του ηλεκτρολυτικού αγωγού είναι: Η+, ΟΗ-, SO42-, H2O. Οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι: κάθοδος (-) : 2H+ + 2e- [pic] H2 άνοδος (+) : 2OH- [pic] H2O + ½O2 +2e- β. Ηλεκτρόλυση διαλύματος ΚΟΗ (με ηλεκτρόδια Pt) Η σύσταση του ηλεκτρολυτικού αγωγού είναι: Κ+, ΟΗ-, Η+, Η2Ο Οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που διεξάγονται είναι: κάθοδος (-) : 2Η2Ο + 2e- [pic] H2 + 2OH- άνοδος (+): 2OH- [pic] H2O + 1/2 O2 + 2e- γ. Ηλεκτρόλυση διαλύματος NaCl (με ηλεκτρόδια C) Σύσταση ηλεκτρολυτικού αγωγού: Na+, Cl-, H+, OH-, H2O. Ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι: κάθοδος (-): 2H+ + 2e- [pic] H2 ή ορθότερα 2H2O + 2e- [pic] H2 + 2OH- άνοδος (+): 2Cl- [pic] Cl2 + 2e- Η μέθοδος αυτή αξιοποιείται για τη βιομηχανική παρασκευή του NaOH και Cl2 (βλέπε σχήμα 5.2).

ΣΧΗΜΑ 5.2. Διαγραμματική απεικόνιση της ηλεκτρόλυσης υδατικού διαλύματος χλωριούχου νατρίου για την παραγωγή καυστικού νατρίου και χλωρίου.

δ. Ηλεκτρόλυση διαλύματος CuSO4 (με ηλεκτρόδια Pt) Σύσταση ηλεκτρολυτικού αγωγού: Cu2+, SO42-, H+, OH-, H2O. Ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα: κάθοδος (-): Cu2+ + 2e- [pic] Cu άνοδος (+): 2OH- [pic] H2O + 1/2 O2 + 2e- ε. Ηλεκτρόλυση διαλύματος CuSO4 (με ηλεκτρόδια Cu) Σύσταση ηλεκτρολυτικού αγωγού: Cu2+, SO42-, H+, OH-, H2O και Cu Αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα: κάθοδος (-): Cu2+ + 2e- [pic] Cu άνοδος (+): Cu [pic] Cu2+ + 2e- Κατ’ αυτό τον τρόπο γίνεται μεταφορά μετάλλου από την κάθοδο στην άνοδο. Η τελευταία ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό μετάλλων, όπως διαγραμματικά απεικονίζεται στο σχήμα 5.3.

ΣΧΗΜΑ 5.3 Καθαρισμός Cu με ηλεκτρόλυση. Τα δραστικά μέταλλα (προσμίξεις) όπως π.χ. Zn παραμένουν στο διάλυμα, ενώ τα λιγότερα ηλεκτροθετικά μέταλλα π.χ. Au καταβυθίζονται.

Μια άλλη σημαντική εφαρμογή της ηλεκτρόλυσης είναι η επιμετάλλωση. Στη βιομηχανία μεταλλικών αντικειμένων (μαχαιροπήρουνα, διακοσμητικά, αυτoκίνητα κλπ.) ένα αντικείμενο φτιαγμένο από ένα μέταλλο ή κράμα συχνά επικαλύπτεται από ένα στρώμα άλλου «ευγενέστερου» μετάλλου, είτε για προστασία, είτε για διακόσμηση. Μια από τις συνηθέστερες μεθόδους επιμετάλλωσης είναι η ηλεκτρόλυση. Το αντικείμενο που πρόκειται να επιμεταλλωθεί γίνεται κάθοδος και μια ποσότητα από το μέταλλο γίνεται άνοδος, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.4. Τα ηλεκτρόδια εμβαπτίζονται σε διάλυμα άλατος του ευγενούς μετάλλου και συνδέονται με τη πηγή συνεχούς ρεύματος.

Ο Michael Faraday (1791-1867) ήταν ένα από τα δέκα παιδιά ενός Άγγλου σιδηρουργού, εγκατέλειψε το σχολείο σε ηλικία 12 ετών για να εργασθεί σ’ ένα βιβλιοπωλείο. Ο εργοδότης του (εντελώς παράδοξα για κείνη την εποχή) του επέτρεψε την μελέτη τις ελεύθερες ώρες του. Όταν έγινε 21 ετών επισκέφτηκε τον Davy καθηγητή στο Βασιλικό Ινστιτούτο. Ο Davy εξεπλάγη από τις γνώσεις και τον ενθουσιασμό και του προσέφερε θέση βοηθού στο Ινστιτούτο. Ο Faraday μεταξύ άλλων μελέτησε την υγροποίηση των αερίων και ανακάλυψε το βενζόλιο. Κυρίως όμως έγινε γνωστός από τις εργασίες του στον ηλεκτρισμό. Εκτός των άλλων είναι ο πρώτος που ανακάλυψε τον ηλεκτρικό κινητήρα. Για πολλά χρόνια αρρώστησε από τα υλικά που χρησιμοποιούσε στα πειράματά του, κατά πάσα πιθανότητα από τον υδράργυρο. Ευτυχώς όμως, η υγεία του αποκαταστάθηκε και συνέχισε απρόσκοπτα το επιστημονικό του έργο. Όσο ήταν στη ζωή δεν έτυχε της αναγνώρισης που θα έπρεπε. Ωστόσο, ο ίδιος ένιωθε βαθιά ικανοποίηση για τα επιτεύγματα του.

ΣΧΗΜΑ 5.4 Επαργύρωση κουταλιού με ηλεκτρόλυση.