Elektrolizer, a ogniwo

Forum chemiczne zajmujące się badaniem zjawisk makroskopowych, atomowych, subatomowych i międzycząsteczkowych w układach chemicznych, przy uwzględnieniu praw i pojęć fizyki
szamich94
Posty: 15
Rejestracja: 12 maja 2013, o 18:30

Elektrolizer, a ogniwo

Post autor: szamich94 » 20 kwie 2014, o 21:14

Witam!

Od pewnego czasu nurtuje mnie to pytanie, postaram się je przedstawić w postaci konkretnego sztampowego przykładu.

Podczas elektrolizy r-r CuSO4 używając elektrod grafitowych dochodzi do konkretnych reakcji:

K(-): Cu2+ + 2e- Cu
A(+): 2H2O 4H+ + O2 + 4e-

I to jest dla mnie jasne. Wtedy na katodzie wytrąca się czysta miedź, na anodzie nie dzieję się nic, a stężenie Cu2+ w roztworze maleje.

Sprawa komplikuje się, kiedy używamy w tym przypadku elektrod miedzianych. Dochodzi wtedy do następujących reakcji:

K(-): Cu2+ + 2e- Cu
A(+): Cu Cu2+ + 2e-

Nie za bardzo rozumiałem dlaczego anoda się roztwarza, jednak po chwili zaargumentowałem sobie to tak: No dobra, elektrony przepływają z anody do katody przez co anoda staje się dodatnia i jony trafiają do r-r, a na katodzie dochodzi do redukcji dzięki elektronom, które napłynęły z anody. Po chwili jednak przeczytałem, że tak jest w OGNIWACH, a w ELEKTROLIZERZE dochodzi do odwrotnego przepływu prądu czyli od katody do anody.

Stąd wynikają moje wątpliwości:

1. Dlaczego katoda jest ujemna podczas elektrolizy skoro od niej rzekomo elektrony odpływają oraz anoda dodatnia skoro elektrony napływają?
2. Dlaczego o zgrozo w ogniwach jest dokładnie na odwrót?! Skoro do katody dopływają elektrony z anody to czemu jest ona dodatnia, a anoda ujemna?
3. Dlaczego w takim razie anoda w tym przykładzie rozkładała się i jony miedzi przechodziły do roztworu.

Bardzo proszę o wyrozumiałość i wyjaśnienie. Moja nauczycielka chemii nie potrafi uczyć wcale i nie umie odpowiedzieć mi na to pytanie odsyłając mnie do książek. Jestem samoukiem, a książki na ten temat piszą jakby ogólnie, pokrętnie lub w sposób dla mnie nie zrozumiały. Czy jest w stanie ktoś wyjaśnić mi (i być może komuś jeszcze) na chłopski rozum te dwa zjawiska?

Pozdrawiam

M.Sz.

Awatar użytkownika
Giardia Lamblia
Moderator w spoczynku
Posty: 3156
Rejestracja: 26 cze 2012, o 20:19

Re: Elektrolizer, a ogniwo

Post autor: Giardia Lamblia » 20 kwie 2014, o 22:06

szamich94 pisze:1. Dlaczego katoda jest ujemna podczas elektrolizy skoro od niej rzekomo elektrony odpływają oraz anoda dodatnia skoro elektrony napływają?
Przepływ prądu zawsze jest od + do -.
Przepływ elektronów jest w odwrotnym kierunku, czyli zawsze od - do +.

Jeżeli ustalimy z której elektrody do której ma miejsce przepływ prądu, to jesteśmy w stanie, odnosząc się do powyższych założeń, ustalić umowny znak elektrody.
szamich94 pisze:2. Dlaczego o zgrozo w ogniwach jest dokładnie na odwrót?! Skoro do katody dopływają elektrony z anody to czemu jest ona dodatnia, a anoda ujemna?
Jak wyżej.
Przepływ prądu od + do -.
Elektrony od - do +.
ZAWSZE!

Przepływ elektronów między elektrodami ogniwa jest w odwrotnym kierunku w stosunku do elektrod elektrolizera, stąd odwrotne znaki tychże elektrod.
szamich94 pisze:3. Dlaczego w takim razie anoda w tym przykładzie rozkładała się i jony miedzi przechodziły do roztworu.
Nie jestem w stanie w tym momencie napisać czemu, jak nikt nie odpisze to jeszcze poszukam. Należy jednak pamiętać, że tak rzeczywiście jest - eletroda miedziana będzie się roztwarzać.

szamich94
Posty: 15
Rejestracja: 12 maja 2013, o 18:30

Re: Elektrolizer, a ogniwo

Post autor: szamich94 » 20 kwie 2014, o 22:47

No, dobra. Zrozumiałem o co chodzi. Prąd płynie w przeciwną stronę niż elektrony ok, ale dalej nie rozumiem dlaczego katoda jest ujemna i anoda dodatnia w elektrolizerze i na odwrót w ogniwie.

Nie bardzo to widzę:

Na katodzie dochodzi do redukcji czyli zmniejszenia stopnia utlenienia. Zmniejszamy stopień utlenienia elektronami czyli to nieszczęsne K(-): Cu2+ + 2e- = Cu, ale dlaczego katoda jest ujemna. Według mnie byłaby wtedy kiedy:

*Metal z tej elektrody w postaci jonów przechodziły do r-r (przez co ładowałby się ujemnie), ale tak jest na anodzie /

*Gdyby elektrony były do niego dostarczane, ale są odbierane

*Gdyby wokół niego gromadziły się jony naładowane ujemnie, ale tak też się nie dzieje, gdyż do niego dopływają jony naładowane dodatnio.

Z tego by wynikało, że ładunki + i - są dosłownie umowne tylko by wyznaczyć, w która stronę płynie prąd (ładunki dodatnie) i związany z tym odwrotny ładunek elektronów?

Jeżeli tak, to co z tą nieszczęsną roztwarzającą się anodą?

szamich94
Posty: 15
Rejestracja: 12 maja 2013, o 18:30

Re: Elektrolizer, a ogniwo

Post autor: szamich94 » 21 kwie 2014, o 10:54

Dodatkowo, jeżeli podczas elektrolizy z katody elektrony odpływają do anody, to czemu ciągle jest tam możliwe zajście redukcji, skoro podczas redukcji elektrony zmniejszają stopień utlenienia danego jonu?

K(-) Cu2+ + 2e- = Cu

Awatar użytkownika
Giardia Lamblia
Moderator w spoczynku
Posty: 3156
Rejestracja: 26 cze 2012, o 20:19

Re: Elektrolizer, a ogniwo

Post autor: Giardia Lamblia » 24 kwie 2014, o 22:52

Rozumiem, że ogniwo (procesy samorzutne) jest zrozumiałe.

W elektrolizie przepływ elektronów traktujemy trochę inaczej - samorzutność tutaj nie ma miejsca. To nie będzie tak, że dokładnie ten elektron który (w ogniwie) został oddany na anodzie zostanie zużyty na katodzie do redukcji.

a) bateria powoduje, że jedna elektroda będzie naładowana ujemnie, a druga naładowana dodatnio.

Siłą napędzającą elektrolizę jest ruch jonów dodatnich (mogących się redukować) do elektrody ujemnej (a więc katody - bo tam zachodzi redukcja) oraz ruch jonów ujemnych (mogących się utlenić) do elektrody dodatniej (anody - bo tam zachodzi utlenianie).

Co się dzieje? Najprościej - na jednej elektrodzie jony jednego rodzaju łapią elektrony, a na drugiej elektrodzie zupełnie inne jony oddają swoje elektrony. Ogólny efekt wydaje się być taki, jakby elektrony przeskakiwały z jednej elektrody na drugą - jednakże nie przechodzą one przez roztwór elektrolitu.
szamich94 pisze:Na katodzie dochodzi do redukcji czyli zmniejszenia stopnia utlenienia. Zmniejszamy stopień utlenienia elektronami czyli to nieszczęsne K(-): Cu2+ + 2e- = Cu, ale dlaczego katoda jest ujemna. Według mnie byłaby wtedy kiedy:
Ma nadmiar elektronów, miedź ma za mało. Katoda więc odda swoje elektrony zobojętniając elektrycznie miedź.

Przeciwnie na anodzie - ona bardzo chce dostać jakieś elektrony, w końcu jest naładowana dodatnio i jest jej to nie na rękę".
szamich94 pisze:Dodatkowo, jeżeli podczas elektrolizy z katody elektrony odpływają do anody, to czemu ciągle jest tam możliwe zajście redukcji, skoro podczas redukcji elektrony zmniejszają stopień utlenienia danego jonu?
Bo one nie odpływają do anody, tylko przechodzą do jonów (kationów) które się zredukują. Tam ich wędrówka się kończy.

Ten przepływ elektronów od - do + może wydawać się naciągany, natomiast jeżeli popatrzysz na to całościowo, czyli:
katoda (-) oddaje elektrony czemuś co jest w roztworze, a coś co jest w roztworze oddaje elektrony anodzie (+)
zaczyna mieć to sens.

Mam nadzieję, że odpowiedź jeszcze na coś się przyda

ODPOWIEDZ
  • Podobne tematy
    Odpowiedzi
    Odsłony
    Ostatni post