TẾ BÀO ĐIỆN PHÂN: CÁC BỘ PHẬN, CÁCH HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các tế bào điện phân là một phương tiện nơi năng lượng hoặc một dòng điện được sử dụng để thực hiện một phản ứng oxit-giảm không tự phát. Nó bao gồm hai điện cực: cực dương và cực âm.

Tại cực dương (+) xảy ra quá trình oxy hóa, vì tại vị trí này một số nguyên tố hoặc hợp chất bị mất điện tử; trong khi ở cực âm (-), sự khử, vì trong nó một số nguyên tố hoặc hợp chất thu được electron.

Nguồn: Bởi RodEz2, từ Wikimedia Commons

Trong tế bào điện phân, sự phân hủy của một số chất, trước đó đã bị ion hóa, xảy ra thông qua một quá trình được gọi là điện phân.

Ứng dụng của dòng điện tạo ra sự định hướng trong chuyển động của các ion trong tế bào điện phân. Các ion mang điện tích dương (cation) di chuyển về phía cực âm (-).

Trong khi đó, các ion mang điện tích âm (anion) di chuyển về phía cực dương mang điện tích (+). Sự chuyển giao điện tích này tạo thành một dòng điện (hình trên). Trong trường hợp này, dòng điện được dẫn bởi các dung dịch của chất điện phân, có trong bình chứa của tế bào điện phân.

Định luật Faraday về sự điện phân nói rằng lượng chất trải qua quá trình oxy hóa hoặc khử ở mỗi điện cực tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua tế bào hoặc tế bào.

Các bộ phận

Tế bào điện phân được tạo thành từ một thùng chứa, nơi vật liệu sẽ trải qua các phản ứng do điện tích gây ra sẽ được lắng đọng.

Bình chứa có một cặp điện cực được kết nối với pin điện một chiều. Các điện cực thường được sử dụng được làm bằng vật liệu trơ, tức là chúng không tham gia vào các phản ứng.

Có thể mắc nối tiếp một ampe kế với pin để đo cường độ dòng điện chạy qua dung dịch điện phân. Ngoài ra, một vôn kế được đặt song song để đo hiệu điện thế giữa các cặp điện cực.

Tế bào điện phân hoạt động như thế nào?

Điện phân natri clorua nóng chảy

Natri clorua nóng chảy được ưu tiên hơn là natri clorua rắn, vì sau này không dẫn điện. Các ion dao động trong các tinh thể của bạn, nhưng chúng không tự do di chuyển.

Phản ứng catốt

Các điện cực làm bằng than chì, một vật liệu trơ, được kết nối với các cực của pin. Một điện cực được nối với cực dương của pin, tạo thành cực dương (+).

Trong khi đó, điện cực còn lại được nối với cực âm của pin, tạo thành cực âm (-). Khi dòng điện chạy từ pin, những điều sau đây được quan sát thấy:

Ở catot (-) có sự khử ion Na ⁺ , khi thu được electron thì chuyển thành Na kim loại:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Natri kim loại màu trắng bạc nổi lên trên natri clorua nóng chảy.

Phản ứng cực dương

Ngược lại, ở cực dương (+) xảy ra quá trình oxi hóa ion Cl ^- vì nó mất điện tử và chuyển thành khí clo (Cl ₂ ), một quá trình được biểu hiện bằng sự xuất hiện ở cực dương một khí của màu xanh lục nhạt. Phản ứng xảy ra ở cực dương có thể được trình bày như sau:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Sự hình thành khí Na và Cl ₂ kim loại từ NaCl không phải là một quá trình tự phát, cần nhiệt độ cao hơn 800º C để xảy ra. Dòng điện cung cấp năng lượng cho sự biến đổi được chỉ định diễn ra ở các điện cực của tế bào điện phân.

Các electron bị tiêu thụ ở cực âm (-) trong quá trình khử và được tạo ra ở cực dương (+) trong quá trình oxi hóa. Do đó, dòng điện chạy qua mạch ngoài của tế bào điện phân từ cực dương sang cực âm.

Pin dòng điện một chiều cung cấp năng lượng cho các electron chuyển động không tự nhiên từ cực dương (+) sang cực âm (-).

Xuống ô

Tế bào Down là một biến thể của tế bào điện phân được mô tả và được sử dụng để sản xuất công nghiệp Na kim loại và khí clo.

Phòng điện phân của Down có các thiết bị cho phép thu riêng natri kim loại và khí clo. Phương pháp sản xuất natri kim loại này vẫn còn rất thực tế.

Sau khi được giải phóng bằng cách điện phân, natri kim loại lỏng được thoát ra, làm lạnh và cắt thành các khối. Sau đó, nó được lưu trữ trong môi trường trơ, vì natri có thể phản ứng bùng nổ khi tiếp xúc với nước hoặc oxy trong khí quyển.

Khí clo được sản xuất trong công nghiệp chủ yếu bằng cách điện phân natri clorua trong một quy trình ít tốn kém hơn so với sản xuất natri kim loại.

Các ứng dụng

Tổng hợp công nghiệp

-Trong công nghiệp, tế bào điện phân được sử dụng trong quá trình luyện điện và mạ điện các kim loại màu khác nhau. Hầu hết tất cả nhôm, đồng, kẽm và chì có độ tinh khiết cao đều được sản xuất công nghiệp trong các tế bào điện phân.

-Hydrogen được tạo ra bằng cách điện phân nước. Quy trình hóa học này cũng được sử dụng để thu được nước nặng (D ₂ O).

- Các kim loại như Na, K và Mg thu được bằng phương pháp điện phân nóng chảy. Ngoài ra, các phi kim loại như florua và clorua thu được bằng cách điện phân. Hơn nữa, các hợp chất như NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ và KMnO ₄ được tổng hợp theo cùng một quy trình.

Phủ và tinh chế kim loại

-Quá trình phủ một kim loại kém hơn với một kim loại chất lượng cao hơn được gọi là mạ điện. Mục đích của việc này là để ngăn chặn sự ăn mòn của kim loại bên dưới và làm cho nó trở nên hấp dẫn hơn. Tế bào điện phân được sử dụng trong mạ điện cho mục đích này.

-Các kim loại tinh khiết có thể được tinh chế bằng phương pháp điện phân. Trong trường hợp bằng đồng, người ta đặt các tấm kim loại rất mỏng trên cực âm và các thanh đồng lớn bằng đồng không tinh khiết được tinh luyện trên cực dương.

-Việc sử dụng các vật phẩm bằng ván mỏng là phổ biến trong xã hội. Đồ trang sức và bộ đồ ăn thường bằng bạc; vàng được gắn điện trên đồ trang sức và các điểm tiếp xúc điện. Nhiều đồ vật được bao phủ bằng đồng với mục đích trang trí.

-Các xe có chắn bùn bằng thép mạ crôm và các bộ phận khác. Việc mạ crom cản xe chỉ mất 3 giây sau quá trình lắng đọng điện từ crom để tạo ra bề mặt sáng bóng dày 0,0002mm.

- Sự lắng đọng điện nhanh của kim loại tạo ra bề mặt đen và nhám. Sự lắng đọng điện chậm tạo ra bề mặt nhẵn. Các "lon thiếc" được làm bằng thép phủ thiếc bằng phương pháp điện phân. Đôi khi những chiếc lon này được mạ crom trong tích tắc với độ dày của lớp crom cực kỳ mỏng.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. eMedical Prep. (2018). Các ứng dụng của điện phân. Phục hồi từ: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Điện phân tế bào. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
4. GS Shapley P. (2012). Tế bào điện phân và Galvanic. Được khôi phục từ: butane.chem.uiuc.edu
5. Trang web nghiên cứu Bodner. (sf). Tế bào điện phân. Đã khôi phục từ: chemed.chem.purdue.edu