Der elektrolytische Prozess besteht darin, einen elektrischen Strom durch einen Elektrolyten zwischen zwei leitenden Elektroden, Anode und Kathode genannt, zu leiten. Die Veränderungen finden an den Elektroden statt.
Wenn wir die Elektroden an eine Stromquelle (Gleichstromgenerator) anschließen, ist die Elektrode, die am positiven Pol des Generators angebracht ist, die Anode und die Elektrode, die am negativen Pol des Generators angebracht ist, die Kathode.
Eine Elektrolysereaktion kann als eine Reihe von zwei Halbreaktionen betrachtet werden, eine anodische Oxidation und eine kathodische Reduktion.
Um die Reaktionen an den Elektroden zu erklären, wird geschmolzenes Natriumchlorid betrachtet, da es nur zwei Arten von Ionen enthält. Es werden inerte Elektroden verwendet, d. h. sie reagieren nicht chemisch mit den Natrium- und Chloridionen.
Die Natriumionen (+), oder Kationen, werden von der negativen Elektrode (Kathode) angezogen. Die Kathode wird durch die Wirkung der Quelle, die Elektronen zu ihr pumpt, negativ.
Die Kathodenelektronen befinden sich in einem Zustand hoher potenzieller Energie. Das Natriumion hat eine positive Ladung, was bedeutet, dass es Elektronen anzieht und dass ein Elektron von einem Natriumatom eine niedrigere potenzielle Energie hat als ein Elektron von der Kathode. Daher bewegen sich die Elektronen an der Kathode aufgrund des Energieunterschieds in Richtung des Kations. An der Kathode werden die Natriumionen durch das Hinzufügen eines Elektrons in Natriumatome umgewandelt. Dies ist eine chemische Veränderung und kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
Na+ +e- →Na0
Diese chemische Veränderung stellt einen Elektronengewinn dar, so dass das Natrium reduziert und metallisch wird, so dass die chemische Veränderung an der Kathode immer eine Reduktion ist.
Die Anode ist positiv, weil die Quelle Elektronen aus ihr herauspumpt und außerdem Chlorid (-)-Ionen oder Anionen anzieht. An der Anode haben die Elektronen eine niedrige potenzielle Energie. Im Gegensatz dazu befinden sich die Außenelektronen des Chloridions in einem Zustand mit hohem Potenzial.
Hochpotentialzustand. Wenn die Chlorid-Ionen an der Anode ankommen, geben sie Elektronen an die Anode ab. Die Elektronen gehen von einem Zustand mit hoher potentieller Energie in einen Zustand mit niedriger potentieller Energie über. Die Veränderung an der Anode kann durch eine andere Gleichung dargestellt werden:
2Cl- →Cl2 +2e-
Chloridionen verlieren Elektronen an Chloratome, die ihrerseits Chlorgasmoleküle bilden. Die anodische Reaktion ist immer eine Oxidationsreaktion.
Die Oxidations- und die Reduktionsreaktion laufen gleichzeitig, aber getrennt voneinander ab, da sie an verschiedenen Stellen stattfinden. Die Quelle erzeugt keine Elektronen, sondern transportiert sie nur von einem Ort zum anderen. Die Elektronen, die die Quelle der Kathode zuführt, stammen also von der Anode. Die Aufgabe der Quelle besteht darin, die potenzielle Energie der Elektronen an der Kathode zu erhöhen.
Diese Elektrodenreaktionen werden als Halbreaktionen bezeichnet, und die Gesamtreaktion bei der Elektrolyse von Natriumchlorid lautet:
2Na+ +2Cl- →2Na0 +Cl2
Die Art der Elektrodenreaktionen hängt von der angelegten Potenzialdifferenz oder Spannung ab.
Quelle: FES-CUAUTITLÁN Mtro. FELIPE DÍAZ DEL CASTILLO R.