Elektrolys — Transcript

Full transcript

1. 0:01Elektrolys, det är precis som galvaniska celler – fast tvärt om! Vad menar jag då? Jo såhär!
2. 0:08Vi ska börja med att titta på den här reaktionen:
3. 0:10En bit koppar (eller lite koppartråd är det i själva verket här) reagerar med klorgas, och det bildas kopparklorid.
4. 0:18Den reaktionen ska vi ta och ta lite anteckningar om, så du skriver också ”Reaktionen mellan koppar och klor”,
5. 0:24och att då reagerar fast koppar med klorgas. Det bildas fast kopparklorid.
6. 0:30Den här reaktionen är spontan och exoterm. Det betyder att elektronerna som deltar i reaktionen förlorar i energi.
7. 0:38Men vad skulle hända om vi körde den här reaktionen ”baklänges”?
8. 0:41Kan man utgå ifrån kopparklorid, och på något sätt få koppar och klorgas?
9. 0:46Ja, det kan man – om man tillför energi i form av elektrisk energi!
10. 0:51Det är det som kallas för elektrolys, för man delar sönder – lyserar – kopparkloriden med hjälp av elektricitet.
11. 1:00Här är ett exempel som man ofta visar upp på labbet: Elektrolys av kopparklorid.
12. 1:05Då behöver vi ett sådant här U-rör som vi fyller med kopparkloridlösning. Rita av det i dina anteckningar du med!
13. 1:11Vi stoppar också i två elektroder av grafit, och kopplar samman dem med en strömkälla.
14. 1:17Katoden hamnar då här till vänster, och anoden till höger.
15. 1:21Man kommer att märka att det bildas klorgas vid anoden, och på katoden avsätts ett lager av fast koppar.
16. 1:28Vad är det som händer här?
17. 1:30Vi tar och tittar på hur elektronerna rör sig i kretsen. Från minuspolen här trycks elektroner ner i katoden.
18. 1:38I lösningen av kopparklorid finns det ju fria kopparjoner, och de reduceras av överskottet av elektroner i katoden.
19. 1:46Vi skriver en katodreaktion såhär: Kopparjoner i vattenlösning reduceras av två elektroner och bildar fast koppar.
20. 1:54Vid anoden uppstår det istället ett underskott på elektroner, eftersom elektronerna färdas såhär i kretsen.
21. 2:01Det betyder att kloridjonerna som är i kopparkloridlösningen dras mot anoden, där de oxideras.
22. 2:07Vi skriver anodreaktionen såhär, att två kloridjoner oxideras och bildar klorgas och två elektroner, som då färdas runt i kretsen.
23. 2:16Det här är alltså ett, vad ska man säga, standardexempel på elektrolys.
24. 2:21Kopparkloriden i vattenlösningen i U-röret sönderdelas till fast koppar och klorgas.
25. 2:27Ett annat exempel på elektrolys är när man framställer natriumhydroxid genom elektrolys av natriumklorid.
26. 2:34Det gör man industriellt i sådana här stora kar. Ta och rita av det, du också!
27. 2:40I mitten här är det ett semipermeabelt membran, det vill säga ett membran som bara släpper igenom vissa joner.
28. 2:47Genom den här öppningen till höger fyller man på med mättad natriumkloridlösning.
29. 2:52Då kommer det alltså att finnas fria natrium- och kloridjoner i lösningen här.
30. 2:56Genom den vänstra öppningen fyller man på med vatten.
31. 3:00Vi tar och stoppar ner en katod och en anod också, och kopplar samman dem med en strömkälla.
32. 3:06Då kommer elektronerna att färdas såhär i kretsen.
33. 3:09Det som händer då är att det blir brist på elektroner i anoden.
34. 3:13Det gör att kloridjonerna som är i lösningen kommer att dras mot anoden.
35. 3:17Där oxideras de, det vill säga de släpper ifrån sig en elektron och bildar klorgas.
36. 3:22Vi bläddrar till en ny sida, så ska vi skriva om anod- och katodreaktionerna här.
37. 3:27Vid anoden är det då så att två kloridjoner i vattenlösning oxideras till klorgas och två elektroner,
38. 3:33precis som i exemplet med kopparklorid nyss.
39. 3:36Elektronerna färdas i kretsen bort till katoden. Vi bläddrar tillbaka lite, och fyller i att det bubblar upp klorgas här.
40. 3:44Vi skriver också att klorgas avges, och leds bort genom det här röret.
41. 3:49Men vad händer då vid katoden?
42. 3:52Vi har ju en massa natriumjoner här i lösningen – kan det vara så att de reduceras till metalliskt natrium?
43. 3:58Vi bläddrar framåt igen, och fyller på om katodreaktionen.
44. 4:01Kan det vara så att natriumjonen reduceras av en elektron och bildar fast natrium?
45. 4:07Fast jag (och du) ska skriva upp ett alternativ till,
46. 4:11nämligen att det kan vara så att det är vatten som reduceras av två elektroner och bildar vätgas och två hydroxidjoner.
47. 4:18Vi tittar på den första reaktionen här. Kan det alltså vara så att natriumjonerna reduceras till fast natrium?
48. 4:25Vi bläddrar till en ny sida igen, och skriver såhär: Vilken är katodreaktionen?
49. 4:31Och så ska vi fundera lite på vad som händer om man släpper ner en bit natriummetall i vatten. Kommer du ihåg?
50. 4:38Den reagerar kraftigt med vatten, och det bildas natriumjoner, hydroxidjoner och vätgas.
51. 4:44Så om det bildas fast natrium vid katoden, så skulle den omedelbart reagera med vattnet, och bli till en natriumjon igen,
52. 4:51plus att det också skulle bildas hydroxidjoner och vätgas.
53. 4:55Men om vi tittar noga på den här reaktionen, ser du då vad det är som händer i den?
54. 5:00De två natriumatomerna oxideras. De släpper ifrån sig varsin elektron till de två vattenmolekylerna,
55. 5:06som reduceras till hydroxidjoner och vätgas.
56. 5:09Och det är ju i princip exakt det som står i den andra reaktionen om vi bläddrar tillbaka här nedan!
57. 5:16Kan det alltså vara så att det är den nedre reaktionen här som sker vid katoden?
58. 5:21Vi ska ta och kolla på normalpotentialerna för att svara på det ordentligt.
59. 5:25Normalpotentialen för natrium är –2,71V och för vatten är den –0,83V.
60. 5:34Normalpotentialen för vatten är alltså större än normalpotentialen för natrium.
61. 5:39Och kommer du nu ihåg också, att ju större normalpotentialen för ett ämne är, desto sämre reduktionsmedel är det?
62. 5:48Det betyder att natriumatomer är ett bättre reduktionsmedel än vatten,
63. 5:52och att natriumatomerna alltså kommer att reducera vattnet till hydroxidjoner och vätgas.
64. 5:58Vi antecknar lite grann till det också. Vi tittar alltså på normalpotentialerna
65. 6:03och drar oss till minnes att en högre normalpotential betyder att ämnet är ett svagare reduktionsmedel.
66. 6:10Ett svagare reduktionsmedel oxideras inte så gärna, utan reduceras hellre.
67. 6:15Vattnet, som har högre normalpotential än natrium,
68. 6:18har därför lättare att reduceras än natriumjonerna – det ”vill” så att säga hellre reduceras än natriumjonerna.
69. 6:26Då bläddrar vi tillbaka en sida, och ringar in att det är den här reaktionen som sker vid katoden.
70. 6:32Och i vår lilla bild kan vi rita in att det bubblar upp vätgas kring katoden,
71. 6:36och vi kan också skriva att det avges vätgas, som leds bort genom den här öppningen.
72. 6:41Eftersom vattnet som kommer in genom öppningen upptill reduceras, bildas det hydroxidjoner.
73. 6:47Tillsammans med natriumjonerna, som slinker genom det semipermeabla membranet,
74. 6:51bildas då en natriumhydroxidlösning med mycket hög koncentration.
75. 6:56Och den tappar man ut genom röret här nere till vänster.