Elektroliza stopionego chlorku sodowego NaCl

Ciekły stopiony NaCl zawiera podobnie jak kryształ jony Na⁺ i Cl^-, dlatego po przyłożeniu napięcia do elektrod zachodzą na nich następujące reakcje:

• reakcja katodowa Na⁺ + e --> Na, polegająca na przyłączeniu elektronu dostarczonego przez katodę przez jon sodu, przez co jon ten przechodzi w obojętny atom.

• reakcja anodowa 2Cl^- --> Cl₂ + 2e, polegająca na oddawaniu anodzie elektronów przez jony chloru (utlenianie jonów), przez co jony przechodzą w obojętne atomy łączące się w gazowe dwuatomowe cząsteczki chloru uchodzące ze stopu

Sumaryczny przebieg reakcji jest następujący

2Na⁺ + 2Cl^- --> 2Na + Cl₂

W wyniku elektrolizy ze stopionego chlorku sodu otrzymujemy przez elektrolityczny rozkład metaliczny sód przy katodzie i gazowy chlor wydzielony przy anodzie.

Ogniwa galwaniczne

Co stanie się, jeżeli przedstawione na rysunku 3 elektrody połączymy przewodnikiem metalicznym a naczynia z roztworami kluczem elektrolitycznym (U-rurka wypełniona masą porowatą nasycona innym roztworem, najczęściej KCl lub KNO₃) zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 4. Otóż w tak zbudowanym układzie zaobserwujemy przepływ prądu elektrycznego przez włączony w obwód miernik prądu elektrycznego (wskazówka miernika wychyla się), rozpuszczanie się elektrody cynkowej i wytrącanie się osadu w naczyniu z elektrodą miedzianą. Okazuje się, że obserwowane efekty są wynikiem reakcji utlenienia i redukcji jakie zachodzą w naczyniach.

utlenianie: Zn_(s) --> Zn²⁺_(aq) + 2e
redukcja: Cu²⁺_(aq) + 2e --> Cu_(s)

Sumaryczna reakcja biegnąca w ogniwie jest następująca.

Zn_(s) + Cu²⁺_(aq) --> Zn²⁺_(aq) + Cu_(s)

Tak otrzymane ogniwo nosi nazwę, ogniwa Daniela i zostało wynalezione w 1836 roku przez angielskiego chemika Johna. W tak zbudowanym ogniwie galwanicznym reakcje połówkowe redukcji i utlenienia zachodzą w różnych obszarach ogniwa. Utlenianie zachodzi na elektrodzie zwanej anodą, a utlenianie cząstki uwalniają do niej elektrony. Redukcja zachodzi na drugiej elektrodzie, nazywanej katodą, a cząstki ulegające redukcji pobierają od niej elektrony (rys. 4). Sumaryczna reakcja powoduje przepływ elektronów w zewnętrznym przewodniku łączącym obie elektrody.

Rys.4 Schemat ogniwa galwanicznego

Elektrony są oddawane jednej elektrodzie w wyniku połówkowej reakcji utlenienia, a pobierane są z drugiej elektrody w toku połówkowej reakcji redukcji. Czy klucz elektrolityczny jest konieczny? Jest on potrzebny po to, aby utrudnić dotarcie jonu Cu^2+ do cynku metalicznego, gdzie bezpośrednia wymiana elektronu spowodowałaby zakłocenie pracy ogniwa w wyniku reakcji Cu^2+(aq) + 2e --> Cu(s). Ponadto porowate wypełnienie klucza ma zabezpieczyć dyfuzję jonów SO4^2- z jednej części do drugiej i wyrównanie ładunków w roztworach. W przeciwnym razie roztwór w części anodowej stałby się dodatnio naładowany (ponieważ gromadziłyby się jony Zn^2+), a część katodowa byłaby naładowana ujemnie ( w wyniku zużycia Cu^2+). Tego rodzaju rozmieszczenie ładunków spowodowałoby zanik prądu.