電解セルと電気分解

電解セル – コアコンセプト

このチュートリアルでは、2 番目のタイプの電気化学セルである 電解セル について学びます。 . 電気分解の概念についても幅広く学びます 、それが電解セルと化学にどのように適用されるか、そしてその実際のアプリケーション。また、ガルバニ電池 (バッテリーなど) と電解電池の違いについても学びます。

表紙画像は、塩（塩化ナトリウム）と電気から苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）、水素、塩素ガスを製造する製造設備です。これは、工業規模での電気分解の例です。これらのタイプのプロセスの背後にある化学を調べてみましょう。

他の記事で取り上げるトピック

• レドックス反応を理解する
• レドックス反応のバランスを取る方法
• ボルタ/ガルバニ電池
• 標準削減の可能性
• ネルンストの式

電解セル

ガルバニ電池によく似た電解槽には、還元半電池と酸化半電池の 2 つの別個の半電池があります。電解セルでは、外部電源 (バッテリなど) を使用して、酸化が発生するアノードから還元が発生するカソードへの電子の流れを駆動します。電解槽で起こる反応は非自発的であるため、外部の電気エネルギー源が必要です。

基本的に、電解セルは電気エネルギーを化学エネルギーに変換します。これは、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するガルバニ電池の反対です。電解セルでは、電子はガルバニ電池とは反対方向に流れるため、これは理にかなっています。

下の図は、サンプルの電解セルを示しています。この場合、陽極は正で、陰極は負であることに注意してください。

アノードでの半反応は、A → A + e の一般的な形式をとります。陰極での半反応は、B + e → B の一般的な形式をとります。したがって、電解セルの完全な反応は、一般的に次のようになります。A + B → A + B

電解対。ガルバニ電池

どちらも酸化還元反応を利用していますが、電解セルとガルバニ電池はまったく異なる方法で動作します。主な違いをいくつか見ていきましょう:

電気分解とは?

電気分解は、電解セルで発生するプロセスに付けられた名前であり、電流が非自発的反応を開始するために使用されます。電気分解、つまり電解セルは、物質を分離するための実際のアプリケーションでよく使用されます。2 つの一般的な例は、NaCl と H の分解です。 O. 以下では、NaCl の分解をさらに詳しく見ていきます。さらに、電気分解は現実の世界でジュエリーの電気めっきによく使用されますが、これはあらゆる金属に拡張できます。

電気分解の例:溶融 NaCl の分解

塩化ナトリウムが液体に溶けている場合、溶融塩に電流を流して分解することができます。この例では、溶融 NaCl が分解して固体のナトリウムと塩素ガスになります。正のナトリウム イオンは負のカソードに引き付けられ、負の塩素イオンは正のアノードに引き付けられます。したがって、カソードでの半反応は Na + e → Na であり、アノードでのバランスの取れた半反応は 2Cl → Cl です。 + 2e。したがって、この反応の正味の反応は:2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl₂ (g).

この反応をさらに分析するために、ボルタ電池の電位を決定するプロセスと同様に、標準還元電位を調べることができます。 2 つの半反応を取り、それらを還元反応として書きます:

Na (l) + e → Na (s) … E =-2.71 V
Cl₂ (g) + 2e → 2Cl … E =+1.36 V

塩素の半反応は実際には還元ではなく酸化を受けることを念頭に置いて、その電位の符号を反転させて -1.36 V にします。それらを合計すると、反応の合計電位は -4.07 V になります。これは、溶融 NaCl の分解が発生するために、外部バッテリー電源が少なくとも -4.07 V の電位を持つ必要があることを意味します。

ファラデーの電気分解の法則とは?

ファラデーの電気分解の法則は、電解セルの電極の 1 つで消費/生成される物質の量は、セルを通過する電気の量に正比例すると述べています。これを利用するには、次の関係を覚えておく必要があります:

1 C =1 アンペア・秒

1 e =1.6022 x 10 C

これらの 2 つの関係は、1 秒間 1 アンペアの電流が流れると 1 クーロンの電荷が転送され、1 つの電子が 1.6022 x 10 クーロンの電荷を運ぶことを示しています。

さらに読む

• 電気化学とは
• ヘスの法則
• 正味のイオン方程式
• ギブスの自由エネルギー
• ニューマン プロジェクション