Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

23.8: Електролітичні клітини

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19233

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    У 1989 році двоє вчених оголосили, що вони досягли «холодного синтезу», процесу сплавлення елементів при практично кімнатній температурі для досягнення виробництва енергії. Гіпотеза полягала в тому, що злиття вироблятиме більше енергії, ніж потрібно для того, щоб спричинити процес. Їх процес включав електроліз важкої води (молекул води, що містять деяку кількість дейтерію замість нормального водню) на паладієвому електроді. Експерименти не могли бути відтворені, і їх наукова репутація була досить добре знята. Однак останніми роками як промислові, так і урядові дослідники по-іншому поглядають на цей процес. Пристрій, проілюстрований вище, є частиною урядового проекту, і NASA також завершує деякі дослідження на цю тему. Зрештою, холодний синтез може бути не таким «холодним».

    Електролітичні клітини

    Вольтаїчна клітина використовує спонтанну окислювально-відновну реакцію для генерації електричного струму. Також можна зробити і навпаки. Коли зовнішнє джерело постійного струму подається на електрохімічну комірку, реакція, яка зазвичай є неспонтанною, може протікати. Електроліз - це процес, в якому електрична енергія використовується, щоб викликати неспонтанну хімічну реакцію. Електроліз відповідає за зовнішній вигляд багатьох предметів побуту, таких як позолочені або посріблені прикраси, а також хромовані автомобільні бампери.

    Електролітичний елемент - це апарат, який використовується для проведення реакції електролізу. В електролітичній комірці подається електричний струм для забезпечення джерела електронів для руху реакції в неспонтанному напрямку. У вольтаїчній клітині реакція йде в напрямку, який вивільняє електрони спонтанно. В електролітичній комірці вхід електронів від зовнішнього джерела змушує реакцію йти в зворотному напрямку.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\):\(\ce{Zn}\)/\(\ce{Cu}\)осередок.

    Спонтанний напрямок реакції між\(\ce{Zn}\) і\(\ce{Cu}\) полягає в тому, щоб\(\ce{Zn}\) метал окислювався до\(\ce{Zn^{2+}}\) іонів, тоді як\(\ce{Cu^{2+}}\) іони відновлюються до\(\ce{Cu}\) металу. Це робить цинковий електрод анодом, а мідний електрод катодом. Коли ті ж напівелементи з'єднані з акумулятором через зовнішній провід, реакція змушена протікати в зворотному напрямку. Цинковий електрод тепер є катодом, а мідний електрод - анодом.

    \[\begin{array}{lll} \text{oxidation (anode)} & \ce{Cu} \left( s \right) \rightarrow \ce{Cu^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-} & E^0 = -0.34 \: \text{V} \\ \text{reduction (cathode)} & \ce{Zn^{2+}} \left( aq \right) + 2 \ce{e^-} \rightarrow \ce{Zn} \left( s \right) & E^0 = -0.76 \: \text{V} \\ \hline \text{overall reaction} & \ce{Cu} \left( s \right) + \ce{Zn^{2+}} \left( aq \right) \rightarrow \ce{Cu^{2+}} \left( aq \right) + \ce{Zn} \left( s \right) & E^0_\text{cell} = -1.10 \: \text{V} \end{array}\nonumber \]

    Стандартний потенціал клітини негативний, що вказує на неспонтанну реакцію. Акумулятор повинен бути здатний видавати хоча б\(1.10 \: \text{V}\) постійний струм для того, щоб відбулася реакція. Ще одна відмінність між вольтаїчним елементом і електролітичним елементом - це ознаки електродів. У вольтаїчної комірці анод негативний, а катод - позитивний. В електролітичному елементі анод негативний, а катод - позитивний. В електролітичному елементі анод позитивний, оскільки він підключений до позитивного висновку акумулятора. Тому катод негативний. Електрони все ще протікають через осередок від анода до катода.

    Резюме

    • Описана функція електролітичного елемента.
    • Наведено реакції, що ілюструють електроліз.