Aox и a red — активности соответственно окисленной и восстановленной форм вещества, участвующего в полуреакции

7.3. Электролиз. Различие гальванического элемента и электролизера

При прохождении электрического тока через металлы (проводники 1-го рода) они остаются неизменными, тогда как при прохождении электрического тока через расплавы или растворы электролитов (проводники 2-го рода) на электродах протекают процессы превращения одних веществ в другие.

При прохождении постоянного тока через расплав электролита катионы перемещаются к отрицательному электроду (катоду) и разряжаются на электроде, анионы перемещаются к положительному электроду (аноду) и разряжаются на электроде.

В результате электролит разлагается. Такой процесс называется электролизом.

Электролиз – разложение химического соединения под действием электрического тока, сопровождающееся разрядом ионов.

При электролизе протекают два параллельных полупроцесса: на катоде происходит прием электронов ионами, т.е. их восстановление, на аноде происходит отдача электронов ионами, т.е. их окисление.

Пример. В расплаве хлорида натрия при прохождении через него постоянного тока протекают следующие процессы. На катоде разряжаются ионы Na⁺, а на аноде разряжаются ионы Cl^-:

NaCl = Na⁺ + Cl^-

на катоде Na⁺ + e^- = Na⁰ (восстановление)

на аноде Cl^- - e^- = Cl⁰ (окисление) 2Cl⁰ = Cl₂ (образование молекул)

Общее уравнение процесса, протекающего в расплаве NaCl под действием электрического тока:

электролиз

2NaCl ------- 2Na + Cl₂

Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, при котором полупроцессы окисления и восстановления отделены друг от друга в пространстве. Полупроцессы при электролизе называются: анодным окислением и катодным восстановлением.

Принципиальное различие в действии гальванического элемента и электролизной ячейки (электролизера) заключается в том, что процессы, протекающие в них, имеют противоположные направления (рис. 3):

1. гальванический элемент – это источник электрического тока, а электролизер – потребитель электрического тока;

2. в гальваническом элементе химическая энергия превращается в электрическую, в электролизере – электрическая энергия превращается в химическую;

3. в замкнутой гальванической цепи электрохимические процессы окисления и восстановления протекают самопроизвольно, в электролизере электрохимические процессы окисления и восстановления идут только под внешним воздействием электрического тока;

4. в гальваническом элементе отрицательный электрод – анод, а положительный электрод – катод;

в электролизере, наоборот, отрицательный электрод – катод, а положительный электрод – анод.

Обозначение «отрицательный» и «положительный» всегда относится к полюсам источника тока: применительно к электролизеру под положительным и отрицательным электродами также подразумеваются соответствующие полюса источника тока, к которым подключена ячейка.

Как в гальваническом элементе, так и в электролизере на отрицательном электроде создается избыток электронов, на положительном электроде – недостаток электронов.

Термины «катод» и «анод» связаны только с направлением потока электронов через электроды.

Катод – это электрод, через который поток электронов входит в гальванический элемент или электролизер и на котором реагирующие частицы восстанавливаются из-за наличия избытка электронов.

Анод - это электрод, через который поток электронов выходит из гальванического элемента или электролизера и на котором реагирующие частицы окисляются вследствие недостатка электронов.

В электролизной ячейке на отрицательном электроде – катоде протекает восстановление, а на положительном электроде – аноде – окисление, например:

Na⁺ + e^- = Na⁰; 2Cl^- - 2e^- = Cl₂.

В гальваническом элементе на положительном электроде – катоде протекает восстановление, а на отрицательном электроде – аноде – окисление, например:

Cu²⁺ + 2e^- = Cu ⁰; Zn - 2e^- = Zn²⁺.