Elektrolys
Hej,
När elektrolys sker, med NiSO4 som exempel.
Jag undrar hur man vet vilken vattenreaktion man ska välja? Båda reaktionerna kan ju gå åt båda hållen, så hur vet man att man ska välja den som finns i frågans facit för denna uppgift?
När ska man använda sig av den omvända normalpotentialen och jämföra med den? Alltså om den är positiv från början och går åt andra hållet och blir därmed negativ?
Finns ingenstans att hitta fakta om detta.
Nickeljonerna kommer reduceras, så det som skulle kunna oxideras är sulfatjonerna. De är dock svåra att oxidera så det man förväntar sig är då att vatten oxideras istället.
2H2O —> O2 + 4H+ + 4e-
med ett Eo runt -1,23 V.
Vad är det för annan reaktion du tänker dig?
Men hur avgör man vilket som ska oxideras? Det finns ju flera vattenreaktioner. Hur vet man vilken man ska välja?
Sen undrar jag om du kan hjälpa mig med de övriga frågorna i första inlägget?
Vad finns det för ytterligare oxidationer som kan ske, menar du?
Jag tänkte på vattens alla reaktioner som finns i normalpotentialtabellen. Men om det är i vattenlösning så kan ju sönderdelning av vatten ske, eller? Då borde den med H+ oxideras och då ske vid anoden och den med OH- reduceras och ske vid katoden. Stämmer detta alltid?
Det finns bara två reaktioner med vatten som har enbart vatten som reaktant, varav den ena är en reduktion (som bildar vätgas) och den andra är en oxidation (som bildar syrgas).
Toppen. Tack. Då har jag förstått.
Men vad gäller med normalpotentialer? I vissa uppgifters facit har de jämfört normalpotentialerna mot varandra utifrån de värden som står i tabellen. Men ibland ser jag att man har ändrat tecken, alltså gått från minus till plus. Måste man vända på tecknet eller kan man utgå från tabellen?
Om vi utgår från den här sidan:
https://www.formelsamlingen.se/alla-amnen/tabeller/kemi/normalpotentialer
I ditt exempel med elektrolys av NiSO4(aq) så kan vi oxidera eller reducera nickeljoner, sulfatjoner, vatten samt elektrodmaterialen. Om vi antar att elektroderna är inerta, har vi följande normalpotentialer:
| Reaktion | Normalpotential (E0) |
| 2H2O + 2e- --> H2 + 2OH- | -0,83 |
| Ni2+ + 2e- --> Ni | -0,26 |
| O2 + 4H+ + 4e- --> 2H2O | 1,23 |
Sulfatjonerna finns inte med eftersom de är så pass reaktionströga att de kan betraktas som inerta.
I tabeller skriver man normalt reaktionerna som reduktioner, vilket då ger att ett högre värde innebär starkare oxidationsmedel till vänster. Ett lågt värde innebär att ämnet till vänster är ett svagt oxidationsmedel, eller tvärt om att ämnet till höger är ett starkare reduktionsmedel.
Vid elektrolys kommer man att oxidera det svagaste oxidationsmedlet. Det vi har att välja på är bara vatten, eftersom vi varken har nickel, vätgas eller hydroxidjoner. Man kommer också att reducera det starkaste oxidationsmedlet. Vi har att välja på vatten eller nickeljoner, där vi kan se att nickeljonerna är det starkaste oxidationsmedlet.
Reaktionen som sker är alltså
2Ni2+ + 2H2O --> 2Ni + O2 + 4H+
Cellpotentialen blir E(red)+E(ox)=-0,26+(-1,23)=-1,49V. Man behöver alltså applicera en spänning på minst 1,49V (-1,49+1,49=0V) för att denna reaktion ska kunna ske.
Nu är verkligheten tyvärr lite mer komplicerad än så, för det finns saker som överpotential som gör att man i praktiken behöver en lite starkare spänning. Dessutom bildas vätejoner vid reaktionen. Dessa kommer sänka pH i elektrolyten och om de kommer i kontakt med katoden kommer de att reduceras till vätgas. Vätejoner är ett starkare oxidationsmedel än nickeljoner.
Det bör tilläggas att du såklart också alltid har en viss mängd vätejoner och hydroxidjoner i vattnet till följd av vattnets autoprotolys, men de är i väldigt låga koncentrationer (10-7 mol/dm3 vid neutralt pH) att de inte riktigt får någon större betydelse om pH är neutralt. Men om det skapas vätejoner eller hydroxidjoner under elektrolysens gång kommer även dessa att reagera till viss del. I praktiken får man nästan alltid en viss mängd vätgas och syrgas vid elektrolys av en vattenlösning.
