- อะไหล่
- เซลล์อิเล็กโทรไลต์ทำงานอย่างไร?
- อิเล็กโทรลิซิสของโซเดียมคลอไรด์หลอมเหลว
- ปฏิกิริยาแคโทด
- ปฏิกิริยาแอโนด
- ลงเซลล์
- การประยุกต์ใช้งาน
- การสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรม
- การเคลือบและการกลั่นโลหะ
- อ้างอิง
เซลล์ไฟฟ้าเป็นสื่อที่พลังงานหรือกระแสไฟฟ้าที่ใช้ในการดำเนินการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่ได้เกิดขึ้นเองออกไซด์ลดลง ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้วคือขั้วบวกและขั้วลบ
ที่ขั้วบวก (+) เกิดขึ้นเนื่องจากที่ไซต์นี้องค์ประกอบหรือสารประกอบบางส่วนสูญเสียอิเล็กตรอน ในขณะที่อยู่ในแคโทด (-) การลดลงเนื่องจากในองค์ประกอบหรือสารประกอบบางอย่างได้รับอิเล็กตรอน
ที่มา: โดย RodEz2 จาก Wikimedia Commons
ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์การสลายตัวของสารบางชนิดซึ่งก่อนหน้านี้แตกตัวเป็นไอออนเกิดขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรลิซิส
การประยุกต์ใช้กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดการวางแนวในการเคลื่อนที่ของไอออนในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ไอออนที่มีประจุบวก (ไอออนบวก) จะย้ายไปยังแคโทดสำหรับชาร์จ (-)
ในขณะเดียวกันไอออนที่มีประจุลบ (แอนไอออน) จะย้ายไปยังขั้วบวกที่มีประจุ (+) การถ่ายเทประจุนี้ถือเป็นกระแสไฟฟ้า (ภาพบน) ในกรณีนี้กระแสไฟฟ้าจะดำเนินการโดยสารละลายของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งมีอยู่ในภาชนะของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
กฎของการอิเล็กโทรลิซิสของฟาราเดย์ระบุว่าปริมาณของสารที่ผ่านการออกซิเดชั่นหรือการรีดิวซ์ที่ขั้วไฟฟ้าแต่ละขั้วนั้นแปรผันตรงกับปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซลล์หรือเซลล์
อะไหล่
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยภาชนะที่มีการสะสมของวัสดุที่จะเกิดปฏิกิริยาที่เกิดจากประจุไฟฟ้า
ภาชนะมีขั้วไฟฟ้าคู่หนึ่งที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่กระแสตรง อิเล็กโทรดที่มักใช้ทำจากวัสดุเฉื่อยนั่นคือไม่ได้มีส่วนในปฏิกิริยา
แอมป์มิเตอร์สามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแบตเตอรี่เพื่อวัดความเข้มของกระแสที่ไหลผ่านสารละลายอิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้โวลต์มิเตอร์ยังวางขนานกันเพื่อวัดความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดคู่
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ทำงานอย่างไร?
อิเล็กโทรลิซิสของโซเดียมคลอไรด์หลอมเหลว
โซเดียมคลอไรด์หลอมเหลวเป็นที่ต้องการของโซเดียมคลอไรด์ที่เป็นของแข็งเนื่องจากไม่นำไฟฟ้า ไอออนจะสั่นสะเทือนภายในผลึกของคุณ แต่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
ปฏิกิริยาแคโทด
อิเล็กโทรดที่ทำจากกราไฟต์ซึ่งเป็นวัสดุเฉื่อยเชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่ ขั้วไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ซึ่งประกอบด้วยขั้วบวก (+)
ในขณะเดียวกันอิเล็กโทรดอีกตัวเชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่ซึ่งประกอบด้วยแคโทด (-) เมื่อกระแสไหลจากแบตเตอรี่ให้สังเกตสิ่งต่อไปนี้:
ในแคโทด (-) มีการลดลงของไอออน Na +ซึ่งเมื่อได้รับอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนเป็น Na โลหะ:
นา+ + จ- => นา (ล)
โซเดียมโลหะสีขาวเงินลอยอยู่ด้านบนของโซเดียมคลอไรด์ที่หลอมละลาย
ปฏิกิริยาแอโนด
ในทางตรงกันข้ามในขั้วบวก (+) การเกิดออกซิเดชันของ Cl -ไอออนเกิดขึ้นเนื่องจากสูญเสียอิเล็กตรอนและเปลี่ยนเป็นก๊าซคลอรีน (Cl 2 ) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ปรากฏโดยการปรากฏตัวในขั้วบวกของก๊าซของ สีเขียวซีด ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วบวกสามารถสรุปได้ดังนี้:
2Cl - => Cl 2 (g) + 2 จ-
การก่อตัวของโลหะ Na และก๊าซ Cl 2จาก NaCl ไม่ใช่กระบวนการที่เกิดขึ้นเองโดยต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า800º C จึงจะเกิดขึ้นได้ กระแสไฟฟ้าจะจ่ายพลังงานสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่ระบุไว้ที่ขั้วไฟฟ้าของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
อิเล็กตรอนถูกใช้ที่แคโทด (-) ในกระบวนการรีดักชันและผลิตที่ขั้วบวก (+) ระหว่างการเกิดออกซิเดชัน ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไหลผ่านวงจรภายนอกของเซลล์อิเล็กโทรไลต์จากขั้วบวกไปยังแคโทด
แบตเตอรี่กระแสตรงจ่ายพลังงานให้อิเล็กตรอนไหลจากขั้วบวก (+) ไปยังขั้วลบ (-) อย่างไม่เป็นธรรมชาติ
ลงเซลล์
เซลล์ดาวน์คือการปรับตัวของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่อธิบายและใช้สำหรับการผลิตในอุตสาหกรรมของโลหะ Na และก๊าซคลอรีน
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ของ Down มีอุปกรณ์ที่อนุญาตให้มีการเก็บรวบรวมโลหะโซเดียมและคลอรีนแยกกัน วิธีการผลิตโซเดียมโลหะนี้ยังคงใช้งานได้จริง
เมื่อปล่อยออกมาโดยการอิเล็กโทรไลซิสโซเดียมโลหะเหลวจะถูกระบายระบายความร้อนและตัดเป็นก้อน ต่อมาจะถูกเก็บไว้ในตัวกลางที่เฉื่อยเนื่องจากโซเดียมสามารถทำปฏิกิริยาระเบิดได้โดยการสัมผัสกับน้ำหรือออกซิเจนในบรรยากาศ
ก๊าซคลอรีนผลิตในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่โดยการอิเล็กโทรลิซิสของโซเดียมคลอไรด์ในกระบวนการที่มีราคาถูกกว่าการผลิตโซเดียมโลหะ
การประยุกต์ใช้งาน
การสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรม
- ในอุตสาหกรรมเซลล์อิเล็กโทรไลต์ถูกใช้ในการกลั่นด้วยไฟฟ้าและการชุบด้วยไฟฟ้าของโลหะที่ไม่ใช่เหล็กต่างๆ อลูมิเนียมทองแดงสังกะสีและตะกั่วที่มีความบริสุทธิ์สูงเกือบทั้งหมดถูกผลิตโดยอุตสาหกรรมในเซลล์อิเล็กโทรไลต์
- ไฮโดรเจนเกิดจากการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ ขั้นตอนทางเคมีนี้ยังใช้ในการรับน้ำหนัก (D 2 O)
- โลหะเช่น Na, K และ Mg ได้มาจากการอิเล็กโทรลิซิสของอิเล็กโทรไลต์ที่หลอมละลาย นอกจากนี้อโลหะเช่นฟลูออไรด์และคลอไรด์ยังได้จากการอิเล็กโทรลิซิส นอกจากนี้สารประกอบเช่น NaOH, KOH, Na 2 CO 3และ KMnO 4จะถูกสังเคราะห์โดยขั้นตอนเดียวกัน
การเคลือบและการกลั่นโลหะ
- กระบวนการเคลือบโลหะที่มีคุณภาพต่ำกว่าด้วยโลหะที่มีคุณภาพสูงเรียกว่าการชุบด้วยไฟฟ้า จุดประสงค์นี้คือเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของโลหะชั้นล่างและทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้น เซลล์อิเล็กโทรไลต์ถูกใช้ในการชุบด้วยไฟฟ้าเพื่อการนี้
- โลหะบริสุทธิ์สามารถกลั่นด้วยกระแสไฟฟ้า ในกรณีของทองแดงแผ่นโลหะที่บางมากจะถูกวางไว้บนแคโทดและแท่งทองแดงที่ไม่บริสุทธิ์ขนาดใหญ่เพื่อนำไปกลั่นบนขั้วบวก
- การใช้สิ่งของที่เคลือบเป็นเรื่องปกติในสังคม เครื่องประดับและเครื่องใช้บนโต๊ะอาหารมักเป็นเงิน ทองถูกเคลือบด้วยไฟฟ้าบนเครื่องประดับและหน้าสัมผัสไฟฟ้า วัตถุจำนวนมากถูกหุ้มด้วยทองแดงเพื่อการตกแต่ง
- รถยนต์มีบังโคลนเหล็กโครเมี่ยมและชิ้นส่วนอื่น ๆ การชุบโครเมี่ยมของกันชนรถใช้เวลาเพียง 3 วินาทีในการเคลือบด้วยไฟฟ้าโครเมี่ยมเพื่อสร้างพื้นผิวมันวาวหนา 0.0002 มม.
- การแยกโลหะด้วยไฟฟ้าอย่างรวดเร็วทำให้เกิดพื้นผิวสีดำและขรุขระ Electrodeposition ช้าทำให้เกิดพื้นผิวเรียบ "กระป๋องดีบุก" ทำจากเหล็กเคลือบด้วยดีบุกด้วยกระแสไฟฟ้า บางครั้งกระป๋องเหล่านี้ชุบโครเมี่ยมในเสี้ยววินาทีโดยมีความหนาของชั้นโครเมี่ยมที่บางมาก
อ้างอิง
- Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
- การเตรียม eMedical (2018) การใช้กระแสไฟฟ้า สืบค้นจาก: emedicalprep.com
- วิกิพีเดีย (2018) เซลล์อิเล็กโทรไลต์ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- ศ. Shapley P. (2012). เซลล์กัลวานิกและอิเล็กโทรไลต์ สืบค้นจาก: butane.chem.uiuc.edu
- เว็บวิจัยของ Bodner (เอสเอฟ) เซลล์อิเล็กโทรไลต์ กู้คืนจาก: chemed.chem.purdue.edu