Elektrolýza je fyzikálně-chemický jev, způsobený průchodem stejnosměrného elektrického proudu kapalinou, při kterém dochází k chemickým změnám na elektrodách.

Částicové vysvětlení Elektricky vodivá kapalina obsahuje směs kationtů a aniontů vzniklých v kapalině disociací. Průchodem elektrického proudu dochází k pohybu kladných iontů k záporné elektrodě a záporných iontů ke kladné elektrodě. Na elektrodách pak může docházet k chemickým reakcím – mezi ionty a elektrodou, mezi ionty samotnými nebo mezi ionty a kapalinou (díky vyšší koncentraci iontů u elektrody).

Příklady elektrolýzy

Elektrolýza roztoku kuchyňské soli náhled|Schéma zařízení pro elektrolytickou výrobu chloru Elektrolytem může být vodný roztok chloridu sodného NaCl (kuchyňská sůl), jenž je disociován na kladné ionty sodíku Na+ a záporné ionty chloru Cl−. Elektrody mohou být např. uhlíkové. Elektrické napětí mezi elektrodami usměrní pohyb Na+ k záporné elektrodě, ze které si iont H+ vezme elektron a změní se na elektricky neutrální částici – atom vodíku H, který se sloučí s jiným atomem vodíku za vzniku molekuly H2. Záporné ionty Cl− jsou přitahovány ke kladné elektrodě, které odevzdají svůj přebytečný elektron, a po dvou se sloučí do elektricky neutrální molekuly chloru Cl2. Na záporné elektrodě se z roztoku nevylučuje pevný sodík (to by se stalo, kdybychom místo vodného roztoku soli použili její taveninu – tímto procesem také lze s úspěchem kovový sodík vyrobit), ale probíhá zde redukce vodíku. Sodíkové kationty zůstávají v roztoku spolu s hydroxidovými anionty – jedná se o výrobu hydroxidu sodného.

Elektrolýza vody Při elektrolýze vody se jako elektrolyt používá roztok kyseliny sírové H2SO4 a ve vodě elektrody z platiny, která s kyselinou sírovou nereaguje. Disociací molekul kyseliny sírové vznikají v roztoku kladné ionty vodíku H+ a záporné ionty SO42−. Kationty vodíku se pohybují k záporné elektrodě, od které přijímají elektron a slučují se do molekuly vodíku H2. Anionty SO42− se pohybují ke kladné elektrodě, které odevzdají své přebytečné elektrony a elektricky neutrální molekula SO4 okamžitě reaguje s vodou – vzniká nová molekula H2SO4. Při této reakci se uvolňují molekuly kyslíku O2. U záporné elektrody se tedy vylučuje z roztoku vodík, u kladné elektrody se vylučuje kyslík. Přitom v elektrolytu zůstává stejný počet molekul kyseliny sírové H2SO4, zatímco ubývá molekul vody H2O, koncentrace roztoku se zvyšuje. K elektrolýze vody se používá Hofmannův přístroj.

Energetická účinnost elektrolýzy vody (získaná chemická energie/dodaná elektrická energie) dosahuje v praxi 60–70 %.Bedřich Heřmanský, Ivan Štoll: Energie pro 21. století, ČVUT 1992

Galvanické poměďování Elektrolytem při galvanickém poměďování může být roztok síranu měďnatého CuSO4 ve vodě, kladná elektroda musí být z mědi, zápornou elektrodu tvoří vodivý předmět, který má být pokovován. CuSO4 se ve vodě disociuje na kationty mědi Cu2+ a anionty SO42−. Ionty Cu2+ jsou přitahovány k záporné elektrodě, na které postupně vytváří měděný povlak. Ionty SO42− jsou přitahovány ke kladné měděné elektrodě, z které vytrhují kationty mědi Cu2+. Koncentrace roztoku zůstává stejná, měděná elektroda se časem rozpouští.

Faradayovy zákony elektrolýzy

1. Faradayův zákon Hmotnost látky vyloučené na elektrodě závisí přímo úměrně na elektrickém proudu, procházejícím elektrolytem, a na čase, po který elektrický proud procházel.

,

kde m je hmotnost vyloučené látky, A je elektrochemický ekvivalent látky, I je elektrický proud, t je čas

nebo též

,

kde Q je elektrický náboj prošlý elektrolytem.

2. Faradayův zákon Látková množství vyloučená stejným nábojem jsou pro všechny látky chemicky ekvivalentní, neboli elektrochemický ekvivalent A závisí přímo úměrně na molární hmotnosti látky.

,

kde F je Faradayova konstanta F = 9,6485 104 C.mol−1 a z je počet elektronů, které jsou potřeba při vyloučení jedné molekuly (např. pro Cu2+ → Cu je z = 2, pro Ag+ → Ag je z = 1).

Využití elektrolýzy Výroba chlóru; rozklad různých chemických látek (elektrolýza vody); elektrometalurgie – výroba čistých kovů (hliník); elektrolytické čištění kovů – rafinace (měď, zinek, nikl); galvanické pokovování čili galvanostegie – pokrývání předmětů vrstvou kovu (chromování, niklování, zlacení); galvanoplastika čili elektroformování – kovové obtisky předmětů, např. pro výrobu odlévacích foremTechnologie. In: Elektroformování, Galvanoplastika, Electroforming [online]. ©2022 [cit. 1. 1. 2023]. Dostupné z: https://www.electroforming.cz/cs/technologie strojírenství: nástroje a formy, měřidla, chladiče, výměníky, renovace strojních součástí, elektrody, brusné nástroje s kovovou matricí; elektrotechnika: mikrovlnné součástky (vlnovody), speciální vodivé struktury, chladiče, součásti elektronek, houbovité elektrody pro elektrochemické zdroje; fyzika: zrcadla, odražeče záření, optické komponenty, paraboly, stínicí prvky, targety pro vakuové technologie; hudební průmysl: nástroje k lisování CD a vinylových gramodesek; gumárenství: formy k lisování obuvi, hraček, gumových rukavic, speciálních těsnicích prvků, formy na výrobky s povrchem imitujícím přírodní materiál; automobilový průmysl: paraboly světlometů, formy k lisování palubních desek či kuliček řadicích pák, maskovací šablony; sklářství: formy, brusné nástroje s kovovou matricí; letecká a kosmická technika: spalovací komory raketových motorů, kompozitní materiály a pevnostní prvky galvanické leptání – kovová elektroda se v některých místech pokryje nevodivou vrstvou, nepokrytá část se průchodem proudu elektrolytem vyleptá; polarografie – určování chemického složení látky pomocí změn elektrického proudu procházejícího roztokem zkoumané látky; akumulátory – nabíjení chemického zdroje elektrického napětí průchodem elektrického proudu.

Schematický průběh elektrolýzy Soubor:Elektrolýza.jpeg

Reference

Související články Elektřina Galvanický článek

Externí odkazy

Kategorie:Elektromagnetismus Kategorie:Elektrochemie Kategorie:Vodíková technika Kategorie:Chemické procesy