Elektrolýza

Elektrolýza je fyzikálno-chemický rozkladný dej, spôsobený prechodom elektrického prúdu cez roztok, pri ktorom dochádza k redoxným chemickým reakciám na elektródach. Elektrolýza predstavuje premenu práce elektrického prúdu na prácu chemickej reakcie.

Z kvalitatívneho hľadiska dochádza v priebehu elektrolýzy k premene chemických látok (k redoxným reakciám), kvantitatívne hľadisko elektrolýzy študoval Michael Faraday a sú opísané Faradayovými zákonmi elektrolýzy.

Časticové vysvetlenie

Elektricky vodivý roztok (vodič druhej triedy) obsahuje zmes kladných a záporných iónov, ktoré vznikajú elektrolytickou disociáciou. Prechodom elektrického prúdu dochádza k pohybu kladných iónov (katiónov) k zápornej elektróde (katóde) a záporných iónov (aniónov) ku kladnej elektróde (anóde). Na elektródach takýmto spôsobom môže prebiehať redoxná chemická reakcia – medzi iónmi a elektródou, medzi iónmi samotnými alebo iónmi a roztokom (vďaka vyššej koncentrácii iónov pri elektródach).

Katóda (vodič prvej triedy) privádza do roztoku elektrolytu (vodič druhej triedy) prúd vo forme elektrónov. V roztoku elektrolytu je náboj prenášaný iónmi a z anódy sú odvádzané znova elektróny. Na rozh, aní vodičov prvej a druhej triedy musí teda dochádzať k redoxným reakciám, čiže k elektrolýze.

Príklady elektrolýzy

Elektrolýza kuchynskej soli

Elektrolytom môže byť napríklad vodný roztok chloridu sodného NaCl (kuchynská soľ), ktorý je disociovaný na kladné ióny sodíka Na⁺ a záporné ióny chlóru Cl⁻. Elektródy môžu byť napríklad uhlíkové. Elektrické napätie medzi elektródami usmerní pohyb Na⁺ k zápornej elektróde, od ktorej ión Na⁺ prijme elektrón a zmení sa na elektricky neutrálnu časticu – atóm sodíka Na. Záporné ióny Cl⁻ sú priťahované ku kladnej elektróde, ktorá prijíma elektrón, a po dva atómy sa zlučujú do elektricky neutrálnej molekuly chlóru Cl₂. Na zápornej elektróde sa teda z roztoku vylučuje pevný sodík (reaguje s vodou), pri kladnej elektróde uniká plynný chlór. V elektrolyte sa zmenšuje počet iónov, koncentrácia roztoku sa znižuje, kvapalina sa stáva menej vodivou.

Elektrolýza vody

Pri elektrolýze vody sa ako elektrolyt používa roztok kyseliny sírovej H₂SO₄ vo vode a elektródy z platiny, ktorá s kyselinou sírovou nereaguje. Disociáciou molekuly kyseliny sírovej v roztoku vznikajú kladné ióny vodíka H⁺ a záporné ióny SO₄²⁻. Katióny vodíka sa pohybujú k zápornej elektróde, od ktorej prijímajú elektrón a zlučujú sa do molekúl vodíka H₂. Anióny SO₄²⁻ sa pohybujú ku kladnej elektróde, ktorej odovzdávajú svoje prebytočné elektróny a elektricky neutrálna molekula SO₄ okamžite reaguje s vodou – vzniká nová molekula H₂SO₄. Pri tejto reakcii sa uvoľňujú molekuly kyslíka O₂. Pri zápornej elektróde sa teda vylučuje z roztoku vodík, pri kladnej elektróde sa vylučuje kyslík. Pritom v elektrolyte zostáva rovnaký počet molekúl kyseliny sírovej H₂SO₄, zatiaľ čo sa znižuje počet molekúl vody H₂O, koncentrácia roztoku sa zvyšuje. Jednoduchá elektrolýza vody je energeticky náročná a vzhľadom na zdroj energie má veľkú uhlíkovú stopu. Na výrobu 1kg vodíka je potrebných približne 9kg vody a 60 kWh elektrickej energie.

Galvanické pokovovanie

Príkladom galvanického pokovovania je pomedenie. Elektrolytom pri galvanickom pomedení môže byť roztok síranu meďnatého (CuSO₄) vo vode, kladná elektróda musí byť z medi, zápornú elektródu tvorí pokovovaný predmet. CuSO₄ sa vo vode disociuje na katióny medi Cu²⁺ a anióny SO₄²⁻. Ióny Cu²⁺ sú priťahované k zápornej elektróde, na ktorej postupne vytvárajú medený povlak. Ióny SO₄²⁻ sú priťahované ku kladnej medenej elektróde, z ktorej vytrhávajú katióny medi Cu²⁺. Koncentrácia roztoku zostáva rovnaká, medená elektróda sa časom rozpustí.

Využitie elektrolýzy

• Oddeľovanie častíc rôznych chemických látok (elektrolýza vody)
• Elektrometalurgia – výroba čistých kovov (hliník)
• Elektronické čistenie kovov – rafinácia (meď, zinok, nikel)
• Galvanické pokovovanie (chrómovanie, niklovanie, pozlacovanie) – pokrývanie predmetov vrstvou kovu
• Galvanoplastika – kovové odliatky predmetov, napríklad na výrobu odlievacích foriem
• Galvanické leptanie – kovová elektróda sa v niektorých miestach pokryje elektricky nevodivou vrstvou, nepokrytá časť sa prechodom prúdu elektrolyticky vyleptá
• Polarografia – určovanie chemického zloženia látky pomocou zmien elektrického prúdu prechádzajúceho roztokom skúmanej látky
• Akumulátory – nabíjanie chemického zdroja elektrického napätia prechodom elektrického prúdu (nabíjateľné batérie)

Pozri aj

Fyzikálny portál Chemický portál

• Elektrina
• Faradayove zákony elektrolýzy
• Elektrochemický článok (galvanický článok)

Iné projekty

Commons

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Elektrolýza