非自発的な酸化還元反応を行うセルは、電解セルと呼ばれます。電解セルは、外部電圧が印加された場合にのみ機能します。印加される外部電圧は、セル、つまり Ecell によって生成される内部電圧よりも大きくする必要があります。
電解セルは、電気化学セルとは逆の働きをします。また、陽極と陰極の 2 つの電極で構成されています。ここでは、電子の流れは逆方向、つまりカソードからアノードへと流れます。電解セルは、電気分解に基づいて機能するセルです。電解槽は電気分解を受け、物質の化学分解に使用されます。
電気分解とは、電解液に電流を流して電解液を分解することです。電気分解のプロセスは、電解槽と呼ばれる装置によって行われます。そのシステムで機能する細胞は、化学システムに電流を流すことによって構築できます。
電解セルのコンポーネント
次の 3 つのコンポーネントで構成されています。
<オール>ここでは、規則は電気化学セルの規則とは逆です。カソードは酸化を受け、アノードは還元を受けます。両方の電極を同じ電解液に浸します。外部電圧が印加されると、電子はカソードからアノードに流れ始めます。電解質は通常塩溶液です。溶液からの陽イオンは陰極に行き、陰イオンは陽極に行きます。
電気分解のプロセス
陽イオンは陰極に移動し、そこから電子を吸収して中性原子になります。陰イオンは陽極に移動し、陽極は電子を移動して中性原子を生成します。化学反応は、陰イオンが電子を失い、陽イオンが対応する電極で電子を得るために発生します。
たとえば、HCl の電気分解では、次のようにイオン化されます:
HCl → H+ + Cl−
Cl– イオンは電解セル内で陽極に向かって移動しますが、H+ イオンは陰極に向かって移動します。電極では次の反応が起こります。
カソード:H+ + e– → H
各水素イオンは陰極から電子を受け取り、水素原子を生成します。次に、水素原子が結合して水素ガス分子 H2 を生成します。
陽極時：Cl- → Cl + e−
塩化物イオンによってアノードに電子を失った後、一対の塩素原子が結合して塩素ガス Cl2 を生成します。
この手順により、HCl が水素ガスと塩素ガスに分解されます。
全体的な反応は次のとおりです:
2HCl → H2 + Cl2
電気分解は、溶融アルカリハロゲン化物でも発生する可能性があります。
電解セルとガルバニ電池の違い
| ガルバニ電池 | 電解セル |
| 化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。 | 電気エネルギーを化学エネルギーに変換します。 |
| 自発的な | 非自発的 |
| 塩橋または多孔質バリアは、異なる容器に設置された 2 つの半電池を接続します。 | 両方の電極は、同じ容器内の溶融電解質溶液に浸されます。 |
| 陽極 =負。カソード =プラス。 | 陽極 =正;陰極 =負、 |
| 陽極は酸化され、陰極は還元されます。 | 陰極は酸化され、陽極は還元されます。 |
| 電子は陽極から陰極に移動します。 | 電子はカソードからアノードに移動します。 |
電解槽の操作条件
還元が強い電極では酸化が起こり、還元が強い電極では還元が起こります。
細胞反応が起こる条件
<オール>電解セルの使用
- 物質の精製:いくつかの非鉄金属は電気精製され、電解セルを使用して電子化されます。電解セルは、産業で使用されるほぼすべての高純度アルミニウム、銅、亜鉛、および鉛を製造します。塩水は電気分解で浄化できます。
- 電気分解は、水を水素と酸素に分解し、ボーキサイトをアルミニウムとその他の製品に分解します。
- 電解セルは、電気めっきの目的で使用されます。銅、銀、ニッケル、クロムなどの金属の電気メッキは、この方法で行われます。この技術は直流 (DC) を使用します。
電解セルは非自発的に動作しますが、電気化学セルと同じくらい重要であり、実験室および産業規模で幅広い実行可能なアプリケーションを提供します。このようなセルは、電極と電解質を適切に選択することで簡単に構築できます。
結論
電解セルは、自然発生的ではありませんが、業界と研究室に貢献しています。ガルバニ電池と電解電池は反対の動作原理を持っていますが、どちらも電気化学において重要です。電解セルは、鉱石からの金属の抽出や精製などの冶金目的に使用できます。したがって、電気分解と電解セルは、化学物質の大量生産のために産業で使用できます。電極の選択に応じて、さまざまな目的のために多種多様なセルを構築できます。
