Elektrolyse ist der Prozess, bei dem elektrischer Strom verwendet wird, um eine chemische Reaktion auszulösen. Die fragliche chemische Reaktion ist typischerweise eine Reduktions-Oxidations-Reaktion, bei der Atome Elektronen austauschen und Oxidationsstufen ändern. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um Metallfeststoffe herzustellen, die für die Galvanisierung und die Reinigung verschiedener Metalle nützlich sind.
Grundlegende Einrichtung der Elektrolyse
Die Elektrolyse erfordert zwei entgegengesetzt geladene Pole, die als Kathode und Anode bezeichnet werden. Die Kathode ist negativ geladen; es ist der Ort der Reduktion von positiven Ionen. Die Anode ist positiv geladen; es ist der Ort der Oxidation von negativen Ionen. In einer Elektrolysezelle sind diese beiden Pole mit einer externen Stromquelle verbunden. Der Kreislauf wird typischerweise durch eine Salzlösung, den Elektrolyten, geschlossen. Bei der Herstellung von Metall durch Elektrolyse bildet sich auf der Kathode eine Metallschicht.
Die Natur der Reaktion
Bei einer Reduktions-Oxidations- oder Redoxreaktion tauschen zwei verschiedene Elemente Elektronen aus. Bei der Elektrolyse tritt festes oder geschmolzenes Metall auf, wenn ein positiv geladenes Metallion Elektronen aufnimmt, so dass es eine neutrale Ladung hat. Die positiven Metallionen sind in der Elektrolytlösung vorhanden. Sie können an der Kathode ein festes oder geschmolzenes Metall bilden, wenn elektrischer Strom an die Vorrichtung angelegt wird. Beispielsweise werden bei der elektrolytischen Reinigung von Aluminium Aluminiumionen aus dem Elektrolyten an einer Kathode reduziert, wodurch sehr reines Aluminium entsteht.
Die Anwendung von Elektrizität
Damit die Herstellung von Metall erfolgen kann, muss ein elektrisches Potenzial angelegt werden. Bei der Elektrolyse kommt dieser Elektronenfluss typischerweise von einem externen Gleichstrom. Sobald der elektrische Strom angelegt wird, bewegen sich Elektronen durch den äußeren Stromkreis und positive Ionen bewegen sich im Elektrolyten. Dann kann die Kathode mit diesen Elektronen und Ionen zu Metall reduziert werden.
Der Endpunkt der Galvanik
Der Galvanisierungsprozess wird durch die Menge an positiven Metallionen in der Elektrolytlösung begrenzt. Wenn alle diese Ionen aufgebraucht sind, kann die Reaktion nicht mehr fortgesetzt werden. Daher bildet sich kein Metall mehr. Um weiterhin mehr Metall zu bilden, müssen Sie der Elektrolytlösung mehr positive Metallionen hinzufügen.