پیل برق‌کافتی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از پیل الکتروشیمیایی)
پرش به ناوبری پرش به جستجو

یک سلول الکترولیتیکی یک سلول الکتروشیمیایی است که از طریق استفاده از انرژی الکتریکی یک واکنش غیر واگرا را انجام می دهد. آنها اغلب برای تجزیه ترکیبات شیمیایی، در یک فرایند به نام الکترولیز - کلمه لیز یونان به معنی شکستن است استفاده میشود.

نمونه های مهم الکترولیز تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن و بوکسیت به آلومینیوم و سایر مواد شیمیایی است. الکترود (به عنوان مثال از مس، نقره، نیکل یا کروم) با استفاده از یک سلول الکترولیتی انجام می شود.

یک سلول الکترولیتی دارای سه جزء است: الکترولیت و دو الکترود (یک کاتد و یک آند). الکترولیت معمولاً یک محلول از آب یا سایر حلالها است که در آن یون ها حل می شوند. نمک های مذاب مانند کلرید سدیم نیز الکترولیت هستند. هنگامی که توسط یک ولتاژ خارجی که به الکترودها اعمال می شود، یون های الکترولیت به یک الکترود با شارژ متضاد جذب می شوند، جایی که انتقال واکنش های بارز (همچنین به نام فرادادی یا بازوکس) صورت می گیرد. تنها با یک پتانسیل الکتریکی خارجی (به عنوان مثال ولتاژ) قطب راست و قدر کافی می‌تواند یک سلول الکترولیتی یک ترکیب شیمیایی به طور نرمال یا پایدار در محلول تجزیه کند. انرژی الکتریکی ارائه شده می‌تواند یک واکنش شیمیایی ایجاد کند که به صورت خود به خود در غیر این صورت رخ نمی‌دهد.

سلول های گالوانیک در مقایسه با سلول های الکترولیت[ویرایش]

یک سلول گالوانیکی را می توان یک سلول الکترولیتیک در معکوس در نظر گرفت. در حالی که سلولهای الکترولیتیک انرژی الکتریکی را به انرژی شیمیایی تبدیل می کنند، سلول های گالوانیزه انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. سلولهای گالوانیک اغلب در باتری ها استفاده می شوند.

تعاریف آند و کاتد به شارژ و تخلیه بستگی دارد[ویرایش]

مایکل فرادی سلول کاتدی را به عنوان الکترود تعریف کرد که کاتیون ها (یون های با بار مثبت مثل یون نقره Ag + ) جریان در داخل سلول، با واکنش با الکترون (که منفی شارژ شده) از آن الکترود کاهش می یابد.به همین ترتیب، آند آن را به عنوان الکتریسیته تشکیل می دهد که آنیون ها (یون های با بار منفی مانند یون کلرید Cl- ) جریان در داخل سلول، به وسیله رسوب الکترون بر روی الکترود، اکسیداسیون می شود.

به یک سیم خارجی متصل به الکترود یک سلول گالوانیکی (یا باتری)، تشکیل یک مدار الکتریکی، کاتد مثبت است و آند منفی است. بنابراین جریان الکتریسیته مثبت از کاتد به آنود از طریق مدار خارجی در مورد یک سلول گالوانیک جریان می یابد.

دو سلول ولتاژ ولتاژ نابرابر را در نظر بگیرید. علامت مثبت و منفی الکترودهای هر یک به ترتیب P و N. قرار دادن آنها در یک مدار با P در نزدیکی P و N در نزدیکی N، به طوری که سلول ها تمایل به جریان در جهت مخالف. سلول با ولتاژ بزرگتر تخلیه می شود، آن را یک سلول گالوانیزه، بنابراین P کاتد است و N آنزیم است که در بالا توضیح داده شده است. اما، سلول با ولتاژ پایین تر، آن را به یک سلول الکترولیتی تبدیل می کند. در سلول الکترولیتی، یونهای منفی نسبت به یونهای P و مثبت به سمت N هدایت می شوند. بنابراین، الکترود P از سلول الکترولیتی با تعریف آنود در حالی که سلول الکترولیتی شارژ می شود، مطابقت دارد. به طور مشابه، N الکترود سلول الکترولیتی کاتد است در حالی که سلول الکترولیتی شارژ می شود.

استفاده ها[ویرایش]

همانطور که قبلاً ذکر شد، آب، به ویژه وقتی که یون ها اضافه می شوند (آب نمکی یا آب اسیدی)، می توانند الکترولیز شوند (به وسیله الکترولیز). هنگامی که توسط منبع خارجی ولتاژ هدایت می شود، H + یونها به کاتد جریان می دهند تا با الکترون ها ترکیب شوند تا گاز هیدروژن را در یک واکنش کاهش دهند. به همین ترتیب، OH- یونها برای آزاد کردن الکترونها و H + به آند منتقل می شوند یون برای تولید گاز اکسیژن در واکنش اکسیداسیون. در کلرید سدیم ریخته شده، هنگامی که جریان از طریق نمک عبور می کند، آند آن را اکسیداسیون یون کلرید (Cl- ) به گاز کلر، آزاد شدن الکترون به آند. به همین ترتیب کاتد یونهای سدیم (Na +) را کاهش می دهد )، که الکترونها را از کاتد و رسوبات بر روی کاتد به عنوان فلز سدیم می پذیرند.

NaCl در آب حل می‌شود همچنین می‌تواند الکترولیز شود. این آند اکسیداسیون یون کلرید (Cl- ) و گاز کلری تولید می شود. با این حال، در کاتد، به جای یون های سدیم به فلز سدیم، مولکول‌های آب به یون های هیدروکسید (OH- ) و گاز هیدروژن (H2). نتیجه کلی الکترولیز تولید گاز کلر و محلول هیدروکسید سدیم (NaOH) است.

به صورت تجاری، سلول های الکترولیتی در الکترولیفینینگ و الکترونی کردن چندین فلز غیر آهنی استفاده می شود. تقریباً تمام آلومینیوم با کیفیت بالا، مس، روی و سرب در صنایع الکترولیتی تولید می شود.