Het is gebruikelijk dat een chemisch evenwicht zich verschuift naar de kant van de zwakke stoffen (spontane reactie).
Het kan ook anders: we kunnen een redoxreactie van zwakke stoffen dwingen te verlopen en daarvoor gebruiken we externe krachten.
Een stroombron die verbonden is met de electroden in het electrochemische systeem.
We spreken dan van "Electrolyse".
Natuurlijk zijn er weer twee electroden. Aan één daarvan vindt de half-reactie plaats van de reductor en aan de andere de half-reactie van de oxidator.
De uitwendige stroombron heeft een positieve en een negatieve pool.
De negatieve pool verbind je met een electrode. Wat betekent dat?
Die negatieve pool van de stroombron stuurt dan vele electronen naar die electrode, die daardoor dus negatief wordt (kathode).
De positieve pool van de stroombron verbind je met de andere electrode die daardoor electronen moet afstaan aan de stroombron en positief wordt (anode).
Deze geladen electroden - als de lading voldoende is - gaan nu als volgt te werk:
De kathode (negatief) zal proberen electronen kwijt te raken en zoekt naar deeltjes die electronen willen opnemen
(dat moeten dus oxidatoren zijn)
De anode (positief) zal proberen electronen te pakken en zoekt naar deeltjes die electronen willen afstaan
(dat moeten dus reductoren zijn)
Als er dan deeltjes / stoffen in de electroderuimten zijn die willen afstaan of opnemen - en dat mogen best zwakke reductoren of oxidatoren zijn - dan zal dat ook gebeuren;
als tenminste de externe stroombron voldoende sterk is. Zo niet, dan kun je altijd het voltage opvoeren. Hoe zwakker de aanwezige oxidator of reductor, des te hoger voltage nodig is van de uitwendige stroombron.
Die oxidatoren en reductoren kunnen molekulen zijn, atomen of ionen, alles kan. Let wel op: complexe ionen, vooral die ionen met zuurstof als sulfaat, hebben moeite met het meedoen aan dit soort electrolysereacties wegens een hoge activeringsenergie (waarop OH- weer een uitzondering is).
Ook hier weer: de redoxtabellen geven aan wie als reductor of oxidator zal optreden.
Opdracht 38
Een oplossing van calciumnitraat ondergaat electrolyse met platina-electroden.
Geef de vergelijkingen voor de twee halfreacties die aan de electroden verlopen.
Bij electrolyse verlopen de redox-halfreacties gescheiden en een totaalreactie is daarom niet altijd interessant of van belang.
Het wordt in elk geval wel van belang als er berekeningen gedaan moeten worden: hoeveel moeten we oplossen?
Hoeveel van dit of dat product kan er gevormd worden? Enzovoort. In dat geval is een totaalreactie absoluut nodig.
Maar om de electrolyse goed te begrijpen is het voldoende te weten wat er precies aan elke electrode gebeurt.
Opdracht 39
Stel dat je een stuk filtreerpapier hebt bevochtigd met een KI-oplossing waarin ook een paar druppels indicator (fenolftaleine) zitten.
Twee electroden aan een batterijtje breng je in contact met dit natte papier op ongeveer 1 cm afstand.
Er vindt dan een electrolyse plaats (gedwongen redoxreactie).
- Geef de halfreacties
- Wat kun je hierbij waarnemen?
Electroden maken indirecte redoxreacties mogelijk. De bijbehorende electronenoverdracht gebeurt dus niet in direct contact
van de reagerende deeltjes, maar via geleidend materiaal. Ook bij electrolyse kan de electrode gemaakt zijn van inert materiaal
(grafiet, platina) of ze doen mee aan de electrolyse, zoals bijvoorbeeld als een electrode gemaakt is van Zink of Koper.
Denk er verder ook om dat ook hier de vloeistof tussen de electroden geleidend moet zijn (ionen bevat).
Nog eens op een andere manier de electrolyse uitgelegd: zeg dat de electroden degenen zijn die de aanwezige deeltjes dwingen
tot electronenoverdracht. De anode is positief, heeft dus tekort aan electronen, wil graag electronen opnemen,
zoekt naar deeltjes in de buurt die electronen kunnen afstaan en - bij voldoende voltage - dwingt deze electrode
die stof om dat ook te doen. Bij de kathode gebeurt precies het omgekeerde.
Opdracht 40
- Formuleer precies wat er gebeurt aan de kathode.
- Zal de anode oxidatoren of reductoren naar zich toehalen? Leg je antwoord uit.
Opdracht 41
Kijk goed naar het volgende schema en leg het schema uit:
Een 'animatie':
Maak van de electroden twee mensen: De handen van die twee mensen houden de stroombron vast,
hebben daar contact en de man wordt volgestouwd met electronen terwijl de vrouw leeggezogen wordt door diezelfde stroombron.
Ze voelen zich niet lekker, geen van beiden, en willen daar wat aan doen.
De man gaat nu optreden als de kathode en de vrouw wordt de anode:
De vrouw voelt groot gebrek aan electronen en omdat ze met haar voeten in de oplossing staat gaat ze proberen daar electronen
uit te trekken, naar zich toe te halen. En jawel, ze ziet daar een of andere stof die electronen kan afstaan (een reductor),
doet er niet toe of die stof dat graag wil, maar ze dwingt die stof electronen aan haar af te geven.
Dat gebeurt precies op het moment dat zo'n deeltje de voeten van de vrouw raakt.
De man voelt zich haast barsten van teveel aan electronen, maar heeft nu eenmaal geen direct contact met de vrouw en staat
alleen maar met zijn voeten in de oplossing waar wel een stofje is die electronen kan overnemen (een oxidator), graag of niet.
Die stof wordt dan gedwongen tot electronenovername om zo de man wat rust te geven.
Dat gebeurt zodra die deeltjes de voeten van de man aanraken.
Wat er gebeuren zou als de twee electroden, man en vrouw, elkaar wel direct zouden tegenkomen laat zich raden.
Ernstige kortsluiting natuurlijk.
Opdracht 42
Probeer de electrolyse uit te tekenen overeenkomstig bovenstaande animatie.
