Arus listrik dalam elektrolit

Arus listrik dalam elektrolit selalu berhubungan dengan perpindahan materi. Dalam logam dan semikonduktor, misalnya, materi ketika arus melewatinya tidak ditransfer, karena dalam media ini elektron dan lubang adalah pembawa arus, tetapi dalam elektrolit mereka ditransfer. Ini karena dalam elektrolit, ion zat yang bermuatan positif dan negatif bertindak sebagai pembawa muatan bebas, bukan elektron atau lubang sama sekali.

Senyawa cair dari banyak logam, serta beberapa padatan, termasuk dalam elektrolit. Tetapi perwakilan utama dari jenis konduktor ini, yang banyak digunakan dalam teknologi, adalah larutan encer dari asam, basa, dan garam anorganik.

Substansi, ketika arus listrik melewati media elektrolit, dilepaskan pada elektroda. Fenomena ini disebut elektrolisa… Ketika arus listrik melewati elektrolit, ion zat yang bermuatan positif dan negatif bergerak secara bersamaan dalam arah yang berlawanan.

Ion bermuatan negatif (anion) bergegas ke elektroda positif dari sumber arus (anoda), dan ion bermuatan positif (kation) ke kutub negatifnya (katoda).

Sumber ion dalam larutan asam, basa, dan garam berair adalah molekul netral, beberapa di antaranya terbelah di bawah aksi gaya listrik yang diterapkan. Fenomena pemisahan molekul netral ini disebut disosiasi elektrolitik. Misalnya, tembaga klorida CuCl2 terurai pada disosiasi dalam larutan air menjadi ion klorida (bermuatan negatif) dan tembaga (bermuatan positif).

Ketika elektroda terhubung ke sumber arus, medan listrik mulai bekerja pada ion dalam larutan atau lelehan, karena anion klorin berpindah ke anoda (elektroda positif) dan kation tembaga ke katoda (elektroda negatif).

Saat mencapai elektroda negatif, ion tembaga bermuatan positif dinetralkan oleh kelebihan elektron di katoda dan menjadi atom netral yang diendapkan di katoda. Saat mencapai elektroda positif, ion klor bermuatan negatif masing-masing menyumbangkan satu elektron selama interaksi dengan muatan positif pada anoda. Dalam hal ini, atom klor netral yang terbentuk bergabung berpasangan untuk membentuk molekul Cl2, dan klorin dilepaskan dalam bentuk gelembung gas di anoda.

Seringkali, proses elektrolisis disertai dengan interaksi produk disosiasi (ini disebut reaksi sekunder), ketika produk dekomposisi yang dilepaskan pada elektroda berinteraksi dengan pelarut atau langsung dengan bahan elektroda. Ambil contoh, elektrolisis larutan tembaga sulfat (tembaga sulfat — CuSO4).Dalam contoh ini, elektroda akan terbuat dari tembaga.

Molekul tembaga sulfat berdisosiasi membentuk ion tembaga bermuatan positif Cu + dan ion sulfat bermuatan negatif SO4-. Atom tembaga netral diendapkan sebagai endapan padat di katoda. Dengan cara ini, tembaga murni secara kimiawi diperoleh.

Ion sulfat menyumbangkan dua elektron ke elektroda positif dan menjadi SO4 radikal netral, yang segera bereaksi dengan anoda tembaga (reaksi anoda sekunder). Produk reaksi di anoda adalah tembaga sulfat, yang masuk ke dalam larutan.

Ternyata ketika arus listrik melewati larutan tembaga sulfat dalam air, anoda tembaga secara bertahap larut dan tembaga mengendap di katoda Dalam hal ini, konsentrasi larutan tembaga sulfat dalam air tidak berubah.

Pada tahun 1833, fisikawan Inggris Michael Faraday, dalam perjalanan kerja eksperimental, menetapkan hukum elektrolisis, yang sekarang dinamai menurut namanya.

Hukum Faraday memungkinkan Anda menentukan jumlah produk primer yang dilepaskan pada elektroda selama elektrolisis. Hukum menyatakan sebagai berikut: "Massa m zat yang dilepaskan pada elektroda selama elektrolisis berbanding lurus dengan muatan Q yang telah melewati elektrolit."

Faktor proporsionalitas k dalam rumus ini disebut ekuivalen elektrokimia.

Massa zat yang dilepaskan pada elektroda selama elektrolisis sama dengan massa total semua ion yang datang ke elektroda ini:

Rumusnya memuat muatan q0 dan massa m0 dari suatu ion, serta muatan Q yang melewati elektrolit.N adalah jumlah ion yang sampai di elektroda ketika muatan Q melewati elektrolit.Oleh karena itu, perbandingan massa ion m0 dengan muatannya q0 disebut ekuivalen elektrokimia k.

Karena muatan ion secara numerik sama dengan produk valensi zat dan muatan dasar, padanan kimianya dapat direpresentasikan dalam bentuk berikut:

Dimana: Na adalah konstanta Avogadro, M adalah massa molar zat, F adalah konstanta Faraday.

Faktanya, konstanta Faraday dapat didefinisikan sebagai jumlah muatan yang harus melewati elektrolit untuk membebaskan satu mol zat monovalen pada elektroda. Hukum elektrolisis Faraday kemudian mengambil bentuk:

Fenomena elektrolisis banyak digunakan dalam produksi modern. Misalnya, aluminium, tembaga, hidrogen, mangan dioksida, dan hidrogen peroksida diproduksi secara industri melalui elektrolisis. Banyak logam diekstraksi dari bijih dan diproses dengan elektrolisis (electrorefining dan electroextraction).

Juga, berkat elektrolisis, sumber arus kimia… Elektrolisis digunakan dalam pengolahan air limbah (elektroekstraksi, elektrokoagulasi, elektroflotasi). Banyak zat (logam, hidrogen, klorin, dll.) Diperoleh dengan elektrolisis untuk elektroplating dan elektroplating.

Lihat juga:Produksi hidrogen dengan elektrolisis air — teknologi dan peralatan