Ha elektrolízis során a pozitív és a negatív lemez közé semleges lemezeket helyezünk be, akkor melyik semleges lemezen fog oxigén képződni és melyiken hidrogén?

A kérdés megválaszolásánál - mivel pontatlan a kérdés - feltételezem vízbontásról van szó valamilyen híg savanyított vizes oldatban.

mivel a fém vezető, így felületei ekvipotenciális felületet alkotnak, vagyis pontjai közt nincs feszültségkülönbség. a közbenső lemezek - bár eltérő potenciálon vannak, köztük nincs összeköttetés, így áram sem folyik, vagyis nem tud létrejönni elektronáram így vízbontás sem. Feltételezve hogy az elektród nem reagál a vízzel (!!!) a fenti okokból (zárt áramkör és potenciálkülönbség) nem történik vízbontás. (a szükséges "kémiai munkát" árammal lehet befeccölni az elektrolitba, erre az említettek miatt nincs lehetőség.

Az elektrolízis során a semleges lemezek közötti reakciók és az oxigén és hidrogén képződésének helyei fontos fizikai-kémiai folyamatokból adódnak, amelyeket részletesen meg lehet érteni a potenciálkülönbségek, ionáramlás, és elektrokémiai reakciók alapján. Az alábbiakban tudományos pontossággal és részletekbe menően kifejtem, mi történik, ha semleges lemezeket helyezünk a pozitív és negatív elektród közé.

1. Elektrolízis általános alapjai

Az elektrolízis során egy elektromos áramot vezetünk át egy elektrolit oldaton vagy olvadékon keresztül, aminek hatására redoxi (oxidációs-redukciós) reakciók zajlanak le az elektródok felületén. A következő folyamatok figyelhetők meg:

A katódon (negatív elektród): Az ionok redukciója történik, például a vízből hidrogén (H₂) gáz szabadulhat fel.

Az anódon (pozitív elektród): Az ionok oxidációja történik, például a vízből oxigén (O₂) gáz fejlődhet.

Az elektródok közötti potenciálkülönbség biztosítja az ionok áramlását, amely az oldatban lévő ionok migrációját eredményezi: a kationok a katód felé, míg az anionok az anód felé mozognak.

2. Semleges lemezek beillesztése az elektródok közé

Amikor az anód (pozitív elektród) és a katód (negatív elektród) közé semleges lemezeket helyezünk, a rendszerben új hatások lépnek fel:

2.1. A semleges lemezek potenciálja

A semleges lemezek nincsenek közvetlenül összekötve az áramforrással, így kezdetben nem rendelkeznek saját elektromos potenciállal.

Azonban az elektromos tér hatására a semleges lemezek indukált töltéseket szereznek: a negatív töltésű elektronok és a pozitív ionok eloszlása a lemezek anyagában megváltozik. Ezáltal a semleges lemezek egy árnyékoló hatást fejtenek ki az elektromos térre.

A lemezek között lokális potenciálkülönbség jön létre, amely hasonlóan viselkedik, mint egy sorba kapcsolt több elektródos rendszer.

2.2. A semleges lemezek és az elektrokémiai reakciók

Az elektrolízis során az ionok továbbra is az eredeti elektródok irányába mozognak: a kationok a katód felé, az anionok az anód felé.

A semleges lemezek felületén azonban elektrokémiai reakciók kezdődhetnek, ha az adott helyen a potenciálkülönbség elér egy megfelelő értéket.

Pozitív töltésű lemez (indukált anód-szerű viselkedés): Oxidációs reakciók léphetnek fel, például oxigén képződik vízből.

Negatív töltésű lemez (indukált katód-szerű viselkedés): Redukciós reakciók léphetnek fel, például hidrogén képződik vízből.

2.3. Melyik semleges lemezen képződik oxigén és hidrogén?

Az a semleges lemez, amely a pozitív elektródhoz (anódhoz) közelebb helyezkedik el, pozitív potenciállal fog rendelkezni a mellette lévő negatívabb lemezhez képest. Ez a lemez anód-szerű viselkedést mutat, és itt oxigén képződik.

Az a semleges lemez, amely a negatív elektródhoz (katódhoz) közelebb helyezkedik el, negatív potenciállal fog rendelkezni a mellette lévő pozitívabb lemezhez képest. Ez a lemez katód-szerű viselkedést mutat, és itt hidrogén képződik.

3. Az elektromos tér hatása az ionok mozgására és reakciókra

A semleges lemezek jelenléte módosítja az elektromos tér eloszlását az elektrolitban.

Az ionok mozgása a semleges lemezek közelében lelassulhat, mivel az elektromos tér egy része „elnyelődik” a semleges lemezek indukált töltései miatt. Ez befolyásolhatja az elektrolízis sebességét.

A semleges lemezek közvetlenül nem vesznek részt az áram vezetésében, de az általuk okozott lokális potenciálkülönbségek miatt elektrokémiai reakciók indulhatnak el a felületükön.

4. Gyakorlati példák és alkalmazások

A semleges lemezek beillesztése és az azokhoz kapcsolódó elektrolízis mechanizmusok nemcsak elméleti érdekességek, hanem alkalmazási lehetőségekkel is bírnak:

Többlépcsős elektrolízis: A semleges lemezek jelenléte megoszthatja az elektrolízis folyamatát több lépésre, amelyek különböző potenciálokon zajlanak.

Hatékonyság növelése: A semleges lemezek optimalizálhatják a reakciók térbeli eloszlását, csökkentve az anód és katód terhelését.

Ipari elektrolízis: Például a vízbontás vagy klór előállítása során hasznos lehet a semleges lemezek használata a rendszer stabilizálására.

5. Összefoglalás

Ha az elektrolízis során a pozitív (anód) és negatív (katód) elektród közé semleges lemezeket helyezünk, akkor azok felületén is kialakulhatnak elektrokémiai reakciók. A semleges lemezek közül:

Az oxigén azon a lemezen fog képződni, amely a pozitív anódhoz van közelebb, mivel az ezen a lemezen kialakuló potenciálkülönbség oxidációs reakciókat tesz lehetővé.

A hidrogén azon a lemezen fog képződni, amely a negatív katódhoz van közelebb, mivel az ezen a lemezen kialakuló potenciálkülönbség redukciós reakciókat tesz lehetővé.

Ez a jelenség az elektrolit ionok mozgásának, az elektromos térnek, és a semleges lemezek által indukált potenciáloknak a kombinált hatásából adódik.