Elektrolizė, elektrolizės dėsniai

Elektrolize vadinamas oksidacijos ir redukcijos procesas, vykstantis ant elektrodų, leidžiant nuolatinę elektros srovę per elektrolito lydalą ar tirpalą. Elektrolizės proceso metu elektros energija virsta chemine energija.

Kad vyktų elektrolizė, elektrodai įmerkiami į išlydytą elektrolitą arba į elektrolito tirpalą ir prijungiami prie nuolatinės elektros srovės šaltinio polių. Elektrolizės metu teigiamieji jonai (katijonai) slenka neigiamojo elektrodo – katodo link (priešingai nei galvaniniame elemente, kur anodas (–), o katodas (+)) ir prie jo redukuojasi – prisijungia elektronus. Neigiamieji jonai, anijonai slenka teigiamojo elektrodo – anodo link ir ten atiduoda elektronus – oksiduojasi. Taigi elektros srovė sukelia chemines reakcijas. Elektrolizės metu elektros krūvį lydale arba tirpale perneša elektrolito jonai.

Pvz.: HCl tirpalo elektrolizę, naudojant platinos elektrodus, sudaro šie procesai:

ant katodo 2H+ +2e H2 (vandenilio jonai redukuojasi, skiriasi laisvas vandenilis)

ant anodo 2Cl– –2eCl2 (chlorido jonai oksiduojasi, skiriasi laisvas chloras)

Ant katodo (–) vyksta redukcijos procesas, ant anodo (+) – oksidacijos. Elektrodus padengia elektrolizės produktai. Šie elektrodai (padengti elektrolizės produktais) sudaro galvaninį elementą (pvz.: vandenilio – chloro galvaninį elementą HCl elektrolizės atveju) ir jis gamina elektros srovę, kurios kryptis priešinga elektrolizės vykdymo krypčiai. Galvaninio elemento, kurį sudaro elektrolizės produktais pasidengę elektrodai, gaminama srovė vadinama poliarizacijos srove.

Kad vyktų elektrolizė, išorinės elektros srovės įtampa turi būti didesnė už poliarizacijos srovės įtampą. Minimali išorinio elektros šaltinio įtampa, kurią sudarius išsielektrina tirpale esantys jonai, vadinama skilimo įtampa. Teoriškai ji turi būti lygi galvaninio elemento, kurį sudaro elektrolizės produktais pasidengę elektrodai, elektrovaros jėgai: Uskilimo = EVJ = oks. – red.

Pvz.: 1M CuCl2 tirpalo teorinė skilimo įtampa Es turi būti lygi galvaninio elemento, sudaryto iš standartinių vario ir chloro elektrodų, elektrovaros jėgai

E  0(Cl2/2Cl–) – 0(Cu/Cu2+)  1,36 – 0,34  1,02 V

Tačiau tam, kad praktiškai vyktų elektrolizė, išorinio elektros šaltinio įtampa dažniausiai turi būti daug didesnė už teorinę. Ji nustatoma eksperimentiškai ir vadinama išlydžio įtampa.

Išlydžio ir skilimo įtampų skirtumas vadinamas viršįtampiu. Viršįtampis atsiranda todėl, kad reikia papildomos elektros energijos elektrodinių procesų kliūtims nugalėti. Jo dydis priklauso nuo jonų hidratacijos, elektrodų cheminių savybių bei paviršiaus švarumo, elektrolito savybių bei jo koncentracijos, temperatūros, srovės stiprumo ir kt.

Pvz.: vandenilio skyrimosi platinos paviršiuje viršįtampis artimas nuliui, o cinko paviršiuje – apie – 0,7 V.