Elektrolitiese selle — ’n vinnige herinnering
- ’n Elektrolitiese sel skakel elektriese energie na chemiese energie om; die reaksie is nie-spontaan.
- Katode: reduksie, gekoppel aan die negatiewe terminaal. Anode: oksidasie, gekoppel aan die positiewe terminaal.
- Gebruik die Tabel van Standaard-reduksiepotensiale om te voorspel watter spesie gereduseer of geoksideer word.
Die chloor-alkali-nywerheid (membraansel)
Gekonsentreerde pekel (NaCl(aq)) word geëlektroliseer om chloor, waterstof en natriumhidroksied te maak.
📖 Halfreaksies
Anode (oksidasie): 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻
Katode (reduksie): 2H₂O(ℓ) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
Algeheel: 2NaCl(aq) + 2H₂O(ℓ) → Cl₂(g) + H₂(g) + 2NaOH(aq)
- Water word eerder as Na⁺ by die katode gereduseer, omdat water ’n sterker oksideermiddel as Na⁺ is.
- Die ioonselektiewe membraan laat net Na⁺-ione deur van die anodekompartement na die katodekompartement, waar hulle by OH⁻ aansluit om NaOH te vorm.
- Die membraan hou Cl₂ weg van H₂ (’n plofbare mengsel) en van NaOH (wat met Cl₂ sou reageer om bleikmiddel te vorm), sodat die produkte suiwer bly.
- Gebruike: Cl₂ — watersuiwering, PVC; NaOH — seep, papier, aluminiumverwerking; H₂ — brandstof, margarien, ammoniak.
Koperraffinering en elektroplatering
✏️ Koper raffineer
1Anode: onsuiwer koper. Katode: ’n dun plaat suiwer koper. Elektroliet: CuSO₄(aq).
2Anode: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ — die anode word kleiner.
3Katode: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) — suiwer koper bou op.
4Onreaktiewe onsuiwerhede soos Ag, Au en Pt word nie geoksideer nie; hulle val na die bodem as anodeslyk, wat verkoop word. Meer reaktiewe metale (Zn, Fe) word geoksideer maar bly as ione in oplossing omdat hulle swakker oksideermiddels as Cu²⁺ is.
5Die konsentrasie van Cu²⁺ in die elektroliet bly konstant.
Elektroplatering gebruik dieselfde ontwerp: die voorwerp wat geplateer word, is die katode, die plateermetaal is die anode, en die elektroliet bevat ione van die plateermetaal (byvoorbeeld silwerplatering met ’n Ag-anode en AgNO₃-elektroliet).
Ontginning van aluminium
- Bauxiet word gesuiwer tot aluminiumoksied (alumina), Al₂O₃.
- Al₂O₃ smelt bo 2 000 °C, dus word dit in gesmelte krioliet (Na₃AlF₆) opgelos, wat die werkstemperatuur tot ongeveer 1 000 °C verlaag en energie bespaar.
- Katode (koolstofvoering): Al³⁺ + 3e⁻ → Al(ℓ) — gesmelte aluminium word van die bodem afgetap.
- Anode (koolstofblokke): 2O²⁻ → O₂(g) + 4e⁻. Die warm suurstof reageer met die koolstofanodes om CO₂ te vorm, dus brand die anodes weg en moet gereeld vervang word.
Omgewingsimpak: die proses gebruik groot hoeveelhede elektrisiteit (in Suid-Afrika meestal van steenkoolkrag, wat CO₂ en SO₂ vrystel); CO₂ word ook by die anodes vrygestel; fluoriedvrystellings kom van die krioliet; bauxietmynbou beskadig grond. Herwinning van aluminium gebruik ongeveer 5% van die energie wat vir ontginning nodig is.