elektrolyse

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 tussen zwakke stoffen dwingen te verlopen en daarvoor gebruiken we externe krachten:
Een stroombron die verbonden is met de elektroden in het elektrochemische systeem.

We spreken dan van elektrolyse.

Natuurlijk zijn er weer twee elektroden.
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 elektrode. Wat betekent dat?
Die negatieve pool van de stroombron stuurt dan vele elektronen naar die elektrode, die daardoor dus negatief wordt (kathode).
De positieve pool van de stroombron verbind je met de andere elektrode die daardoor elektronen moet afstaan aan de stroombron en positief wordt (anode).
Deze geladen elektroden - als de lading voldoende is - gaan nu als volgt te werk:

De kathode (negatief) zal proberen elektronen kwijt te raken en zoekt naar deeltjes die elektronen willen opnemen (dat moeten dus oxidatoren zijn)

De anode (positief) zal proberen elektronen te pakken en zoekt naar deeltjes die elektronen willen afstaan (dat moeten dus reductoren zijn)
Als er dan deeltjes / stoffen in de elektroderuimten 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.
Als die niet voldoende sterk is, 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 moleculen 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 elektrolysereacties wegens hun hoge activeringsenergie (waarop OH^- weer een uitzondering is).
Ook hier weer: de redoxtabellen geven aan wie als reductor of oxidator zal optreden.

Bij elektrolyse verlopen de redox-halfreacties gescheiden en een totaalreactie is daarom niet altijd interessant of van belang.
Maar 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 elektrolyse goed te begrijpen is het voldoende te weten wat er precies aan elke elektrode gebeurt.

Stel dat je een stuk filtreerpapier hebt bevochtigd met een KI-oplossing waarin ook een paar druppels indicator (fenolftaleïne) zitten.
Twee elektroden aan een batterijtje breng je in contact met dit natte papier op ongeveer 1 cm afstand.
Er vindt dan een elektrolyse plaats (gedwongen redoxreactie).

1. aan de halfreacties kun je zien dat aan de ene pool zich Jodium (I₂) vormt en dat het fenolftaleïne aan de andere pool rood wordt, dus dat het daar basisch wordt (OH^- ionen)
2. Wat kun je hierbij waarnemen?

Elektroden maken indirecte redoxreacties mogelijk. De bijbehorende elektronenoverdracht gebeurt dus niet in direct contact tussen de reagerende deeltjes, maar via geleidend materiaal.
Ook bij elektrolyse kan de elektrode gemaakt zijn van inert materiaal (grafiet, platina) of ze doen mee aan de elektrolyse, zoals bijvoorbeeld als een elektrode gemaakt is van Zink of Koper.
Denk er verder om dat ook hier de vloeistof tussen de elektroden geleidend moet zijn (moet vrije ionen bevatten).

Nog eens op een andere manier de elektrolyse uitgelegd:
Zeg dat de elektroden degenen zijn die de aanwezige deeltjes dwingen tot elektronenoverdracht.
De anode is positief, heeft dus tekort aan elektronen, wil graag elektronen opnemen, zoekt naar deeltjes in de buurt die elektronen kunnen afstaan en - bij voldoende voltage - dwingt deze elektrode die stof om dat ook te doen.
Bij de kathode gebeurt precies het omgekeerde.


Een 'animatie':
Maak van de elektroden twee mensen: De handen van die twee mensen houden de stroombron vast, hebben daar contact en de man wordt volgestouwd met elektronen 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 elektronen en omdat ze met haar voeten in de oplossing staat gaat ze proberen daar elektronen uit te trekken, naar zich toe te halen. En jawel, ze ziet daar een of andere stof die elektronen kan afstaan (een reductor), doet er niet toe of die stof dat graag wil, maar ze dwingt die stof elektronen 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 elektronen, 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 elektronen kan overnemen (een oxidator), graag of niet.
Die stof wordt dan gedwongen tot elektronenovername om zo de man wat bevrediging en rust te geven.
Dat gebeurt zodra die deeltjes de voeten van de man aanraken.

Wat er gebeuren zou als de twee elektroden, man en vrouw, elkaar wel direct zouden tegenkomen laat zich raden. Ernstige kortsluiting natuurlijk.