Катодний і анодний процеси

Процеси, які протікають в розплавах або розчинах електролітів під час проходження крізь них постійного електричного струму і супроводжуються окислювально-відновними реакціями. Розділ хімії, який вивчає ці процеси, називається електрохімія, електрохімічні перетворення —  електролізом.

Процес електролізу завжди протікає із застосуванням електродів (як позитивно, так і негативно заряджених). Вони беруть участь в перенесенні електронів на кордоні розплав або розчин електроліту, тобто на кордоні двох фаз. Перетворення досліджують в електрохімічних електрохімічних комірках, які включають в себе посудину з розплавом (розчином електроліту) і пропускають постійний електричний струм електродами. Нерозчинні складаються з платини, графіту або золота, розчинні можуть складатися з різних матеріалів.

В процесі дисоціації електроліту виходить розпад на катіони (позитивно заряджені частинки) і аніони (негативно заряджені частинки).

Наприклад, хлориду натрію розпадається:

NaCl ↔ Na + + Cl-

Коли ми помістимо розплав даного електроліту в електрохімічну комірку, пропустимо крізь — електричний струм, то отже з нашої схеми — на катоді відновлюються катіони, а на аноді окислюються аніони. Зробимо висновок, що процес електролізу це катодний і анодний процеси або окислювально-відновні реакції.

Продукти реакції залежать від того, в якому вигляді знаходиться електроліт (розплав або розчин), від матеріалу електрода (інертний або розчинний), також від положення металу, який в складі солі і ряду напруги.

Зробимо висновок:

• Якщо катіон електроліту в ряду напруги розташований до алюмінію включно, то на катоді йде виділяється водень.
• Якщо катіон металу знаходиться в ряду напруги між алюмінієм і воднем, то на катоді одночасно відновлюються іони металу і молекули води.
• Якщо катіон металу розташований в ряду напруги після водню, то на катоді відновлюється метал.
• Якщо в розчині містяться катіони різних металів, то спочатку відновлюються катіони металу, що стоїть в ряду напруги правіше.
• При електролізі безкисневих кислот (крім фторидів) на аноді йде процес окислення аніону.
• При електролізі розчинів солей кисневмісних кислот і фторидів на аноді йде процес окислення води. Аніони, що не окислюється.

Електроліз розплавів електролітів

Електроліз здійснюється для з’єднань з іонним типом зв’язків (солі, луги).

У розчинах електролітів присутні катіони, аніони, а також молекули води. При електролізі води відбуваються такі процеси:

анод:

2H2O → O2 + 4H + + 4e-;

катод:

4H + + 4e- → 2H2.

або:

анод:

3H2O → O3 + 6e- + 6H +;

катод:

O2 + 2H2O + 2e- → H2O2 + 2OH-.

Загальне рівняння:

2H2O → 2H

Розглянемо електроліз на прикладі хлориду натрію в разі нерозчинного і розчинної анода.

а) Анод нерозчинний.

Електролітична дисоціація:

NaCl = Na + + Cl-

на катоді (-) іони натрію не відновлюються, залишаються в розчині: 2H2O + 2ē → H2 + 2OH-

на аноді (+): 2Cl- – 2ē → Cl2

Сумарне іонне рівняння:

2H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH-

З огляду на присутність іонів натрію в розчині, складемо молекулярне рівняння:

2NaCl + 2H2O → H2 + Cl2 + 2NaCl

б) Анод розчинний (наприклад, мідний).

Якщо анод розчинний, то метал анода буде окислюватися:

Cuо – 2ē → Cu2 +

на катоді (-): Cu2 + + 2ē → Cuо

на аноді (+): Cuо – 2ē → Cu2 +

Узагальнення:

Електроліз — окислювально-відновний процес при проходженні електричного струму через розчин або розплав електроліту. На катоді протікають процеси відновлення, на аноді процеси окислення. При електролізі водних розчинів можуть брати участь також молекули води.