תאר את תהליך האלקטרוליזה בייצור מתכות

אלקטרוליזה היא תהליך השימוש בזרם חשמלי כדי לגרום לתגובה כימית. התגובה הכימית המדוברת היא בדרך כלל תגובת הפחתה-חמצון, בה אטומים מחליפים אלקטרונים ומשנים מצבי חמצון. ניתן להשתמש בתהליך זה להפקת מוצקי מתכת, דבר שימושי לציפוי וטיהור מתכות שונות.

אלקטרוליזה דורשת שני קטבים טעונים מנוגדים, הנקראים קתודה ואנודה. הקתודה טעונה שלילית; זהו אתר הפחתת היונים החיוביים. האנודה טעונה באופן חיובי; זהו אתר החמצון של יונים שליליים. בתא אלקטרוליטי שני קטבים אלה מחוברים למקור חשמל חיצוני. המעגל מושלם בדרך כלל על ידי תמיסת מלח הנקראת אלקטרוליט. בייצור מתכת באמצעות אלקטרוליזה תיווצר שכבת מתכת על הקתודה.

בתגובת הפחתה-חמצון - או חמצון מחדש, שני אלמנטים שונים מחליפים אלקטרונים. בתהליך אלקטרוליזה, מתכת מוצקה או מותכת תופיע כאשר יון מתכתי טעון חיובי צובר אלקטרונים כך שיש לו מטען ניטרלי. יוני המתכת החיוביים נמצאים בתמיסה האלקטרוליטית. הם יכולים ליצור מתכת מוצקה או מותכת על הקתודה כאשר זרם חשמלי מוחל על המכשיר. לדוגמא, בטיהור אלקטרוליטי של אלומיניום יוני אלומיניום מהאלקטרוליט יופחתו בקתודה ויוצרים אלומיניום טהור מאוד.

על מנת שייצור מתכת יתקיים, יש ליישם פוטנציאל חשמלי. בתהליך אלקטרוליזה, זרימת אלקטרונים זו מגיעה בדרך כלל מזרם DC חיצוני. לאחר הפעלת הזרם החשמלי, האלקטרונים יעברו דרך המעגל החיצוני, ויונים חיוביים ינועו באלקטרוליט. ואז הקתודה יכולה לעבור הפחתה בעזרת אלקטרונים ויונים אלה ליצירת מתכת.

תהליך האלקטרול מוגבל בכמות יוני המתכת החיוביים בתמיסה האלקטרוליטית. לאחר שכל היונים האלה נוצלו, לתגובה לא תהיה שום דרך להמשיך. לפיכך, לא ייווצר יותר מתכת. על מנת להמשיך וליצור יותר מתכות, עליך להוסיף יונים מתכתיים חיוביים יותר לפתרון האלקטרוליטי.