Elektroliza to proces wykorzystujący prąd elektryczny do wywołania reakcji chemicznej. Omawiana reakcja chemiczna jest zazwyczaj reakcją redukcji-utleniania, w której atomy wymieniają elektrony i zmieniają stany utlenienia. Proces ten może być stosowany do wytwarzania stałych metali, co jest przydatne do galwanizacji i oczyszczania różnych metali.
Podstawowa konfiguracja elektrolizy
Elektroliza wymaga dwóch przeciwnie naładowanych biegunów, zwanych katodą i anodą. Katoda jest naładowana ujemnie; jest to miejsce redukcji jonów dodatnich. Anoda jest naładowana dodatnio; jest to miejsce utleniania jonów ujemnych. W ogniwie elektrolitycznym te dwa bieguny są połączone z zewnętrznym źródłem zasilania. Obwód jest zwykle uzupełniany roztworem soli zwanym elektrolitem. Podczas produkcji metalu przez elektrolizę na katodzie utworzy się warstwa metalu.
Natura reakcji
W reakcji redukcyjno-utleniającej – lub redoks – dwa różne pierwiastki wymieniają elektrony. W procesie elektrolizy metal w stanie stałym lub stopionym pojawi się, gdy dodatnio naładowany jon metalu otrzyma elektrony tak, że będzie miał ładunek neutralny. W roztworze elektrolitycznym obecne są dodatnie jony metali. Mogą tworzyć stały lub stopiony metal na katodzie, gdy do aparatu zostanie doprowadzony prąd elektryczny. Na przykład w elektrolitycznym oczyszczaniu aluminium jony glinu z elektrolitu zostaną zredukowane na katodzie, tworząc bardzo czyste aluminium.
Zastosowanie energii elektrycznej
Aby produkcja metalu mogła mieć miejsce, musi być przyłożony potencjał elektryczny. W procesie elektrolizy ten przepływ elektronów zwykle pochodzi z zewnętrznego prądu stałego. Po przyłożeniu prądu elektrycznego elektrony będą przemieszczać się przez obwód zewnętrzny, a jony dodatnie będą poruszać się w elektrolicie. Następnie katoda może ulec redukcji za pomocą tych elektronów i jonów, tworząc metal.
Punkt końcowy galwanizacji
Proces galwanizacji jest ograniczony ilością dodatnich jonów metali w roztworze elektrolitycznym. Gdy wszystkie te jony zostaną zużyte, reakcja nie będzie mogła być kontynuowana. Dlatego nie powstanie więcej metalu. Aby dalej tworzyć więcej metalu, musisz dodać więcej dodatnich jonów metali do roztworu elektrolitycznego.