سلول الکتروشیمیایی10

سلول هاي الکتروليتي :

يک سلول الکتروليتي سلولي است که در آن با اعمال يک ولتاژ بيروني، نيم واکنش هاي اکسايش – کاهش در مسير غير خود به خودي پيش مي‌روند.

در سلول هاي الکتروليتي کاتد و آند در درون يک ظرف حاوي گونه هاي مورد نظر حضور دارند در اين سلول ها فلز با پتانسيل کاهشي کمتر نقش قطب مثبت (آند) و فلز با پتانسيل کاهشي بيشتر نقش قطب منفي (کاتد) را دارند در حقيقت قطب مثبت منبع تغذيه به آند و قطب منفي منبع به کاتد متصل است. کاتيون ها به سمت کاتد رفته و در آنجا با جذب الکترون کاهش مي يابند در حالي که آنيون ها به سمت آند حرکت مي‌کنند و در آنجا اکسيد مي‌شوند.

در اين سلول ها انرژي الکتريکي به انرژي شيميايي تبديل مي‌شود.

الکتروليت اين سلول ها مي تواند محلول يک نمک باشد يا يک ترکيب يوني مذاب باشد.

هنگامي که دو الکترود کاتد و آند به منبع تغذيه متصل مي‌شوند يکي قطب مثبت و ديگري قطب منفي مي‌شود و همين امر سبب به وجود آمدن يک ميدان الکتريکي بين دو الکترود مي‌شود که يونهاتحت تاثير اين ميدان جا به جا مي‌شود. کاتيون ها به سمت کاتد (قطب منفي) و آنيون ها به سمت قطب مثبت (آند) حرکت مي‌کنند.

کاربرد سلول هاي الکتروليتي :

در سلول هاي الکتروليتي عمل الکتروليز انجام مي‌شود که مي توان از اين عمل براي تجزيه مواد يوني مذاب، تجزيه محلول هاي يوني، استخراج و جداسازي فلزات از ترکيبات آن و آبکاري استفاده کرد.

هنگامي که مخلوطي از گونه ها در محيط الکتروليز وجود داشته باشد، رقابتي براي جذب يا از دست دادن الکترون به وجود مي آيد. گونه اي که کاهنده تر باشد ( آن کوچکتر باشد) در رقابت براي اکسايش در آند پيروز مي‌شوند در حالي که گونه اکسنده تر در کاتد کاهش مي‌يابد.

نقش آب در الکتروليز :

هنگامي که محلول هاي يوني الکتروليز مي‌شوند، آب نيز يکي از گونه هاي موجود در رقابت است.

در رقابت براي کاهش، گونه هايي که در جدول سري الکتروشيميايي پايين تر از آب هستند در رقابت پيروز مي‌شوند مثل

در رقابت براي اکسايش، گونه هاي بالاتر از آب در رقابت پيروز هستند.

ترتيب کاهندگي زير را به خاطر بسپاريد.

به عنوان مثال :

در محلولي حاوي يونهاي سولفات، آب در رقابت اکسايش پيروز است.

الکتروليز (برقکافت) محلول و نمک مذاب سديم کلريد

در محلول NaCl غليظ در رقابت براي اکسايش بين آب و ، يون کلر پيروز است بنابراين در اطراف آند گاز کلر آزاد مي‌شود در حالي که در رقابت براي جذب الکترون (کاهش) بين به دليل پايين تر بودن آب در جدول سري الکتروشيميايي (بالاتر بودن ميزان پتانسيل کاهشي آب)، آب پيروز است. و در اطراف کاتد گاز آزاد مي‌شود و محلول اطراف کاتد به علت حضور قليايي شده که با ريختن فنول فتالئين ارغواني رنگ مي‌شود.

بنابراين از الکتروليز محلول NaCl نمي توان براي بازيافت فلز سديم استفاده کرد.

براي به دست آوردن سديم فلزي مي توان از الکتروليز سديم کلريد مذاب استفاده کرد. در صنعت فلز سديم را از طريق برقکافت NaCl مذاب در سلول دانز تهيه مي‌کنند. در اين سلول، آند از جنس گرافيت و کاتد از جنس آهن است.

NaCl در دماي مذاب مي‌شود. افزودن مقداري به آن دماي ذوب را تا پايين مي آورد.

آب در رقابت براي کاهش بر پيروز است. و ساير فلزات بر آب پيروز مي‌شوند.

در محيط اسيدي، يون در رقابت کاهش بر آب پيروز است.

استخراج آلومنيوم :

آلومينوم را در صنعت از سنگ معدن بوکسيت (آلوميناي ناخالص) به دست مي آورند. نقطه ذوب آلوميناي خالص بسيار بالاست و تامين اين دما از نظر اقتصادي به صرفه نيست بنابراين، آلوميناي ناخالص را پس از خالص سازي در دمايي حدود در کريوليت مذاب حل مي‌کنند. اين فرايند الکتروليز در سلول الکتروليتي ويژه اي با کاتد و آند گرافيتي انجام مي‌شود واکنش کلي انجام شده است.

توليد آلومينوم با اين روش را فرايند هال گويند.

قبل از ابداع اين روش Al به علت کم ياب بودن از طلا و نقره گران تر بود

هزينه توليد Al بالا است بنابراين با بازيافت آن ضمن افزايش عمر يکي از منابع تجديد ناپذير طبيعت، برخي از هزينه هاي توليد فلز Al را کاهش مي‌دهد.

استخراج مس :

پس از استخراج مس بايد حضور ناخالصي در آن به کمترين ميزان برسد چون حضور اندکي ناخالصي در فلز مس به شدت روي رسانايي الکتريکي آن اثر مي گذارد و آن را کاهش مي‌دهد.

در يک سلول الکتروليتي، حاوي الکتروليتي از

کاتد را تيغه اي از مس خالص و آند را تيغه اي از فلز مس ناخالص (همراه با فلزات ديگر) قرار مي‌دهند. هنگام الکتروليز، با تنظيم ولتاژ لازم، مس آند اکسيد شده و وارد محلول مي‌شود. اين کاتيون ها به کاتد رفته و در نهايت کاهش يافته و به صورت فلز مس رسوب مي‌کند. بنابراين با گذر زمان جرم کاتد (مس خالص) افزوده و از جرم آند کم مي‌شود.

هنگام الکتروليز بخشي از ناخالصي ها مثل وارد محلول مي‌شوند. اما در شرايط ولتاژ کنترل شده در کاتد کاهيده نمي‌شوند. آثار طلا و نقره نيز در آند اکسيد نمي‌شوند به صورت لجن رسوب مي‌کنند.

آبکاري :

پوشاندن يک جسم با لايه نازک از يک فلز به کمک يک سلول الکتروليتي را آبکاري مي گويند. جسم مورد نظر بايد رساناي برق باشد.

الکتروليت مورد استفاده بايد حاوي کاتيون هاي فلزي باشد که به عنوان پوشش به کار مي‌رود.

اغلب براي آبکاري از فلزاتي استفاده مي‌شود که پتانسيل کاهشي بالايي داشته باشند يعني دير اکسيد شوند.

در هنگام آبکاري جسم مورد نظر کاتد و فلز پوشش به عنوان آند در سلول رفتار مي‌کنند.