Електролиза

Из Википедије, слободне енциклопедије
Школски лабораторијски апарат за електролизу

Електролиза је разлагање хемијског једињења под утицајем електричне струје. Процес не треба мешати са електролитичком дисоцијацијом.

Кратак преглед[уреди]

Kада се јонско једињење раствори у адекватном растварачу, или истопи топлотом тако да су јони доступни у води. Електрична струја се примени кроз пар инертних електрода уроњених у течност. Негативно наелектрисана електрода се назива катода а позитивно наелектрисана анода. Свака електрода привлачи јоне обрнутог наелектрисања. Позитивно наелектрисани јони (катјони) крећу се ка катоди, док негативно наелектрисаи јони (анјони) крећу се ка аноди. Енергија потребна да се јонска веза раскине и проузрокује њихово скупљање код одговарајућих електрода, омогућује електрична струја. Код електрода, електрони се апсорбују и додају јонима, формирајући жељени елемент или једињење.

У електролизи, анода је позитивна електрода, што значи да има мањак електрона; једињења која долазе у контакт са анодом отпуштају електроне(оксидују се). Катода је негативна електрода, што значи да има вишак електрона. Једињења која долазе у контакт са катодом теже да приме електроне (редукују се).

Количина електричне енергије која мора бити додата једнака је промени у Гибсовој слободној енергији у реакцији плус губитак у систему. Губици могу(у теорији) бити близу нуле, па максимални термодинамички добитак је једнак промени термодинамичког потенцијала подељеног са слободном енергијом. У већини случајева електрична енергија је већа од промене термодинамичког потенцијала, па се нешто енергије ослободи у виду топлоте. У неким случајевима, на пример у електролизи водене паре у водоник и кисеоник на виској температури, тачно је обрнуто. Топлота се апсорбује од околине, и топлотна енергија водоника је већа од електричне енергије. У овом случају се мисли да је коефицијент ефикасности већи од 100 %. Онда је могуће направити машину са перпетуалним покретима (Перпетуум мобиле прве класе је још бољи од ове машине, он ствара енергију да притом не троши ништа, а то је немогуће).

Јачи проток струје (у амперима) подразумева већи проток електрона у истом интервалу времена. То значи да се катода брже редукује а анода брже оксидује. То је директно пропорционало броју молова добијеног производа. Јачина струје која пролази зависи од електричне проводљивости електрода и електролита, али јачина струје такође зависи од тога колико струје сам извор може створити. Процес електролизе са само два или три реактанта може бити веома комплексан. У већини случајева је најбоље потражити литературу и погледати која јачина струје је најповољнија за жељени процес. На пример код неких метала може доћи до различитих типова галванизације(то је процес пресвлачења једног метала у други, да не би на пример кородирао), користећи струју већег интензитета лако се добија лош галванизован метал, а користећи слабију много бољи.

Већа разлика у електричним потенцијалима би проузроковала већу разлику у потенцијалима да би омогућила електролитичкој ћелији да оксидује и редукује тешко раскидљиве компоненте. То може драстично утицати на форму(како хемијску тако и физичку) продукта у датом експерименту. Уопштено и јачина струје(у амперима) и напон(у волтима) утиче на то шта ће се створити у ћелији.

Следеће технологије су повезане са електролизом:

  • Електрохемијска ћелија, укључујући водоникову ћелију.
  • Електрофореза је електролиза где је растварач гел:користи се да раздвоји супстанце, као што су ДНК честице, базирано на њиховом наелектрисању.

Електролиза воде[уреди]

Хофманов апарат за електролизу воде

Важна примена електролизе воде је добијање водоника

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g); E0 = +1.229 V

Овај поступак је предложен за промену друштва ка употреби водоника као главног горива за напајање електричних мотора и мотора са унутрашњим сагоревањем.

Електролиза воде може посматрати помоћу протока ДС (једносмерне) струје коју ствара батерија или други ДС извор у чаши воде (у пракси се користи слана вода јер повећава интензитет реакције и помоћу ње се та реакција лакше прати). Користећи електроде од платине, водоников гас би се видео да испарава код катоде, а кисеоник код аноде. Ако би се користили други метали кисеоник би реаговао са анодом уместо да се ослободи. На пример користећи електроде од гвожђа у раствору натријум хлорида, гвожђе оксид ће се наградити код аноде који ће да реагује и створиће се гвожђе хидроксид. Када се створе велике количине водоника електролитичка ћелија се загађује и због тога се гвожђе не користи у комерцијалној електролизи.

Ефикасност енергије која се добија електролизом воде веома варира. Неки извештаји тврде да је ефикасност између 50%-70%. Други извештаји тврде да је теоријски максимална ефикасност између 80%-94%. Теоријски максимум подразумева тоталну количину енергије коју су водоник и кисеоник апсорбовали. Ове вредности се односе на конвертоване електричне енергије у водоникову хемијску енергију. Енергија која је изгубљена током стварања електрицитета се не рачуна. На пример, Ефикасност електрана која конвертује топлоту нуклеарне реакције у водоник помоћу електролизе је 25%-50%.

Око четири процента водоника се у свету добија електролизом. Водоник се користи за прављење амонијака за ђубриво, и конвертовање тешких нафтних ресурса у лакше фракције.

Типично у индустрији, напон већи од 17 kV може да елиминише потребу да електроде буду физички близу, и да јонски састојци као со се не морају додавати.

Научници[уреди]

Научни пионири електролизе су:

Електролиза тешке воде у познатом експерименту у ком се јављају аномалије у стварању топлоте и контроверзна тврдња хладне фузије.

Први закон електролизе[уреди]

У 1832. години, Мајкл Фарадеј је открио да је количина елемената раздвојена помоћу једносмерне струје пропорционална количини електричне струје која пролази кроз коло. Ова тврдња је постала основа првог закона електролизе

Други закон електролизе[уреди]

Фарадеј је такође открио да су масе раздвојених елемената директно пропорционалне атомским масама елемената када се примени одговарајући целобројни делилац. То је пружило снажан доказ да делићи електрицитета заиста постоје као делови атома елемената.

Индустријске примене[уреди]

Електролиза има више примена:

  1. Електрометалургија је процес редукције метала од других једињења да би се добио чист метал. На пример: Натријум Хидроксид се у овој форми дели помоћу електролизе на натријум и водоник од којих оба имају важну примену.
  2. Електрична рафинација се користи да се метал очисти од непожељних примеса електролизом. Као на пример у једињењу бакра и неких примеса. При електролизи бакар се формира око катоде а нечистоће око аноде.
  3. Електролизована вода је једна од нај чистијних вода која се користи у здравству и стоматологији.
  4. Дисање у свемиру је још једна примена електролизе. Кисеоник који астронаути удишу се ствара електролизом воде, помоћу сунчеве светлости, енергије.
  5. Научници су већ спремили план за будућу примену електролизе. Верује се да би водоник могао да буде гориво будућности (водоник потпуно сагорева и не ослобађају се никакви штетни гасови). Процес електролизе воде се може користити да би се добио водоник. Све што је потребно је мало јефтине струје да би се отпочео процес.

Спољашње везе[уреди]