Условие задачи
Что называют электролизом? Почему для проведения электролиза воды в неё необходимо добавлять соль?
Решение
Дисциплина, к которой относится эта задача, – электрохимия (раздел физико-химических явлений). Ниже приводится подробное решение.
1. Определение электролиза
Электролиз – это процесс распада химического соединения под воздействием электрического тока. При его проведении электрическая энергия преобразуется в химическую, и в веществе происходят окислительно-восстановительные реакции (окисление на аноде и восстановление на катоде). Например, при электролизе воды происходит разложение H₂O на кислород и водород.
2. Электролиз воды
Реакция на электродах при электролизе воды протекает следующим образом. Хотя саму реакцию можно записать в виде
2H₂O → 2H₂ + O₂,
на электродах реакции разделяются. На катоде (происходит восстановление) водяные молекулы принимают электроны и образуют водород:
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻.
На аноде (происходит окисление) водная молекула отдает электроны с образованием кислорода:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻.
Итоговая реакция электролиза воды – разложение воды на водород и кислород.
3. Необходимость добавления соли
Чистая вода обладает очень низкой электропроводностью из-за очень малого количества ионов, возникающих при ее самоионизации (H₂O ⇌ H⁺ + OH⁻). При отсутствии примесей сопротивление воды слишком велико, и протекание электрического тока затруднено. Поэтому для эффективного проведения электролиза необходимо добавить в воду электролит, например, соль.
При добавлении соли (например, NaCl) происходит ее диссоциация на ионы:
NaCl → Na⁺ + Cl⁻.
Эти ионы значительно повышают проводимость воды, так как они являются носителями заряда, что позволяет току течь через раствор и обеспечивает протекание соответствующих окислительно-восстановительных реакций на электродах.
Важно отметить, что выбор соли должен учитывать возможность нежелательных побочных реакций. Например, при использовании NaCl на аноде может образовываться хлор (Cl₂) вместо кислорода. Поэтому в лабораторных условиях часто применяют другие добавки (например, серную кислоту или гидроксид калия), чтобы избежать таких осложнений.
Таким образом, электролиз – это метод разложения веществ под действием электрического тока, а добавление соли в воду необходимо для повышения ее электропроводности, что позволяет обеспечить протекание реакций на электродах.