Adibide galderak eta eztabaida zelula elektrolitikoei buruz
Zelula elektrolitikoa energia elektrikoa erreakzio kimiko ez-espontaneo batean bihurtzeko erabiltzen den gailu bat da, zelula voltaiko edo zelula galbaniko batek ez bezala, hauek energia kimikoa energia elektriko bihurtzen baitute. Zelula elektrolitiko batean, korronte elektrikoa erabiltzen da energia elektriko gehigarririk gabe bestela gertatuko ez litzatekeen erreakzio kimiko bat behartzeko. Kontzeptu hau funtsezkoa da hainbat aplikazio industrialetan, hala nola metal puruen ekoizpenean, uraren elektrolisian hidrogenoa eta oxigenoa sortzeko, eta beste hainbatetan.
Artikulu honek elektrolisi-arazoen hainbat adibide aztertuko ditu, ikasleei zelula elektrolitikoen kontzeptua sakonago ulertzen lagun diezaieketen eztabaidekin batera.
1. galderaren adibidea: NaCl disoluzioaren elektrolisia
Galdera
Sodio kloruro (NaCl) disoluzio bat elektrolizatzen da elektrodo geldoak erabiliz. Idatzi katodoan eta anodoan gertatzen diren erreakzioak eta elektrodo bakoitzean eratutako produktuak.
Eztabaida
Zelula elektrolitiko batean, bi elektrodo daude: katodoa (elektrodo negatiboa) eta anodoa (elektrodo positiboa). NaCl disoluzio baten elektrolisia bi etapatan gertatzen da: katodoko erreakzioa eta anodoko erreakzioa.
1. Erreakzioa katodoan:
Katodoan, inplikatutako ioiak Na^+ ioiak eta H_2O ioiak dira. Hala ere, H_2O ioiak errazago erreduzitzen dira Na^+ ioiak baino, haien erredukzio-potentzial handiagoa dela eta.
Katodoan gertatzen den erreakzioa hau da:
"`
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (Erredukzio potentziala = -0.83 V)
"`
Katodoan sortzen den produktua hidrogeno gasa (H₂) da.
2. Anodoko erreakzioa:
Anodoan, inplikatutako ioiak Cl⁻ ioiak eta H_2O ioiak dira. Cl⁻ ioiak errazago oxidatzen dira H_2O ioiak baino, oxidazio-potentzial txikiagoa dutelako.
Anodoan gertatzen den erreakzioa hau da:
"`
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (Oxidazio potentziala = -1.36 V)
"`
Anodoan sortutako produktua kloro gasa (Cl₂) da.
Beraz, NaCl disoluzioaren elektrolisian, katodoan sortzen den produktua hidrogeno gasa (H₂) da eta anodoan kloro gasa (Cl₂).
2. galderaren adibidea: CuSO₄ disoluzioaren elektrolisia kobrezko elektrodoekin
Galdera
Kobre(II) sulfatoaren (CuSO₄) disoluzioaren elektrolisia kobrezko elektrodoak erabiliz egin zen. Idatzi katodoan eta anodoan gertatzen diren erreakzioak eta elektrodo bakoitzean eratutako produktuak.
Eztabaida
Kasu honetan, elektrodoa ez da geldoa, kobrezko elektrodoa baizik, beraz, elektrodoak erreakzionatuko du.
1. Erreakzioa katodoan:
Katodoan, anodoko Cu²⁺ ioiak erreduzitu egingo dira.
"`
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (Erredukzio-potentziala = +0.34 V)
"`
Katodoan sortutako produktua kobre solidoa (Cu) da, elektrodoan metatzen dena.
2. Anodoko erreakzioa:
Anodoan, kobrezko elektrodoa bera oxidatuko da.
"`
Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (Oxidazio potentziala = -0.34 V)
"`
Anodoan sortutako produktua Cu²⁺ ioiak dira.
Elektrodoa kobrezkoa denez, disoluzioan elektrolizatutako Cu²⁺ ioiak anodo elektrodoan kobrea disolbatzeak konpentsatzen ditu.
3. adibidea: Metatutako metalaren masa
Galdera
Elektrolitiko-zelula batean, 0.2 mol elektroi igarotzen dira CuSO₄ disoluzio batetik. Zenbat gramo kobre metatzen dira katodoan?
Eztabaida
Elektroi-mol kopurua (F) erabiliz metatutako metal-mol kopurua zehaztu daiteke. Faradayren metal-metaketaren ekuazioa hau da:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
Non:
– Q = karga kopurua (Coulombetan)
– F = Faradayren konstantea (96500 C/mol)
– z = erreakzio mol bakoitzeko elektroi kopurua.
Kasu honetan, Cu²⁺-k bi elektroi xurgatzen ditu Cu bihurtzeko, beraz, z = 2.
Gordailatutako kobre mol kopurua hau da:
\[ n = \frac{0.2 \text{ elektroi mol}}{2} = 0.1 \text{ Cu mol} \]
Gordailatutako kobrearen pisua:
\[ \text{Cu masa} = n \times \text{Mr} \]
non Mr Cu-ren masa molarra den (63.5 g/mol)
Beraz:
\[ \text{Cu masa} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ gramo} \]
Beraz, 6.35 gramo kobre metatuko dira katodoan.
4. galderaren adibidea: KI disoluzioaren elektrolisia
Galdera
KI disoluzio baten elektrolisia elektrodo geldoak erabiliz egiten da. Idatzi katodoan eta anodoan gertatzen diren erreakzioak eta elektrodo bakoitzean eratutako produktuak.
Eztabaida
1. Erreakzioa katodoan:
Katodoan, inplikatutako ioiak K⁺ eta H_2O ioiak dira. H_2O errazago erreduzitzen da K⁺ ioiak baino.
"`
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
"`
Katodoan sortzen den produktua hidrogeno gasa (H₂) da.
2. Anodoko erreakzioa:
Anodoan, inplikatutako ioiak I⁻ eta H_2O ioiak dira. I⁻ ioiak errazago oxidatzen dira H_2O ioiak baino.
"`
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
"`
Anodoan sortzen den produktua iodoa (I₂) da.
Beraz, KI disoluzioaren elektrolisian, katodoan sortzen den produktua hidrogeno gasa (H₂) da eta anodoan iodoa (I₂).
Itxiera
Zelula elektrolitikoen printzipio eta aplikazioen ulermen sendoa ezinbestekoa da kimikako ikasleentzat eta metalurgia, ekoizpen kimikoa eta energia industria bezalako arloetako profesionalentzat. Artikulu honek elektrolisiaren hainbat arazo adibide eta haien irtenbideak aurkezten ditu ulermen hori indartzen laguntzeko. Oinarrizko kontzeptu hauek menperatzeak mundu errealean aurkitzen diren hainbat arazo praktiko eta teoriko konpontzen lagunduko duela espero da.
