Elektrolisis

Elektrolisis ("penguraian [dengan] tenaga elektrik") ialah proses penguraian elektrolit kepada unsur juzuknya apabila arus elektrik mengalir melaluinya. Arus elektrik boleh dialirkan melalui elektrolit dengan menggunakan dua elektrod: elektrod yang disambungkan kepada terminal positif yang dinamakan anod, manakala elektrod yang disambungkan kepada terminal negatif dinamakan katod. Semasa elektrolisis berlaku, ion negatif akan bergerak dari katod ke anod sebagai anion negatif. Ion positif pula akan bergerak dari anod ke katod yang mana ion ini dikenali sebagai kation positif.

Latar belakang

Istilah "elektrolisis" diperkenalkan oleh Michael Faraday pada abad ke-19 atas cadangan sejarawan sains Inggeris William Whewell, daripada perkataan bahasa Yunani ἤλεκτρονcode: grc is deprecated elektron iaitu "ambar" yang dikaitkan dengan fenomena elektrik sejak kurun ke-17, dan λύσιςcode: grc is deprecated lysis yang bermaksud "pelarutan".^[1] Elektrolisis sebagai alat mengkaji tindak balas kimia dan mendapatkan unsur asli walau bagaimanapun telah terlebih dahulu diamalkan sebelum diberikan istilah khusus oleh Faraday.

Kaedah

Komponen utama yang diperlukan untuk mencapai elektrolisi adalah:

Elektrolit: suatu bahan kimia, biasanya polimer mengalirkan ion yang mengandungi ion bebas yang membawa arus elektrik dalam elektrolit. Jika ion-ion ini tidak dapat bergerak, misalnya dalam suatu medium tertentu seperti garam pejal, maka elektrolisis tidak boleh berlaku.
Bekalan arus terus: membekalkan tenaga yang perlu untuk menghasilkan atau menyahcas ion dalam elektrolit. Arus elektrik dibawa oleh elektron dalam litar luaran.
Dua batang elektrod: pengalir elektrik yang memberikan antaramuka fizikal antara elektrolit dengan litar elektrik yang membekalkan tenaga.

Elektrod yang diperbuat daripada logam, grafit and bahan separa pengalir digunakan secara meluas. Pemilihan elektrod yang sesuai bergantung kepada tindak balas kimia antara elektrod dengan elektrolit dan kos pembuatan.

Kegunaan industri

Proses Hall-Heroult dalam pemprosesan aluminium.

Elektrometalurgi dalam pemporsesan aluminium, litium, natrium, kalium, magnesium, kalsium, dan kadangkala kuprum.
Penghasilan klorin dan natrium hidroksida, dipanggil proses kloralkali.
Penghasilan natrium klorat dan kalium klorat.
Penghasilan sebatian organik terfluorinasi seperti asid trifluoroasetik melalui proses elektrofluorinasi.
Penulenan kuprum daripada kuprum yang ditapis.
Pengeluaran bahan api seperti hidrogen bagi kegunaan kapal angkasa, kapal selam nuklear dan kenderaan.
Penyingkiran karat, seperti dalam pembersihan syiling lama serta objek logam lain.

Proses pengilangan

Dalam pembuatan, elektrolisis boleh digunakan untuk:

Elektrosaduran, di mana filem nipis logam dimendapkan di atas bahan substrat. Penyaduran elektrik digunakan dalam banyak industri untuk tujuan fungsian atau hiasan, seperti badan kenderaan dan syiling nikel.
Pemesinan elektrokimia (ECM), di mana katod elektrolisis digunakan sebagai alat berbentuk untuk mengeluarkan bahan melalui pengoksidaan anodik daripada bahan kerja. ECM selalunya digunakan sebagai teknik untuk menggores permukaan logam seperti alatan atau pisau dengan tanda atau logo kekal.

Kajian terkini

Elektrolisis karbon dioksida

Penurunan karbon dioksida melalui elektrolisis boleh menghasilkan bahan-bahan kimia perlu seperti metana, etilena, etanol dan lain-lain,^[2]^[3]^[4] dan teknologi ini sedang dikaji sebagai proses penghasilan molekul organik neutral karbon berpotensi.^[5]^[6]

Rujukan

^ Oesper, Ralph; Speter, Max (1937). "The Faraday-Whewell correspondence concerning electro-chemical terms". The Scientific Monthly. 45 (6): 535–546. Bibcode:1937SciMo..45..535O.
^ Lee, Seunghwa; Ju, Hyungkuk; Machunda, Revocatus; Uhm, Sunghyun; Lee, Jae Kwang; Lee, Hye Jin; Lee, Jaeyoung (2015). "Sustainable production of formic acid by electrolytic reduction of gaseous carbon dioxide". J. Mater. Chem. A. 3 (6): 3029. doi:10.1039/C4TA03893B. S2CID 98110035.
^ Whipple, Devin T.; Kenis, Paul J.A. (2010). "Prospects of CO₂ Utilization via Direct Heterogeneous Electrochemical Reduction". The Journal of Physical Chemistry Letters. 1 (24): 3451. doi:10.1021/jz1012627. S2CID 101946630.
^ Machunda, Revocatus L.; Ju, Hyungkuk; Lee, Jaeyoung (2011). "Electrocatalytic reduction of CO₂ gas at Sn based gas diffusion electrode". Current Applied Physics. 11 (4): 986. Bibcode:2011CAP....11..986M. doi:10.1016/j.cap.2011.01.003.
^ Appel, Aaron M.; Bercaw, John E.; Bocarsly, Andrew B.; Dobbek, Holger; Dubois, Daniel L.; Dupuis, Michel; Ferry, James G.; Fujita, Etsuko; Hille, Russ; Kenis, Paul J.A.; Kerfeld, Cheryl A.; Morris, Robert H.; Peden, Charles H.F.; Portis, Archie R.; Ragsdale, Stephen W.; Rauchfuss, Thomas B.; Reek, Joost N.H.; Seefeldt, Lance C.; Thauer, Rudolf K.; Waldrop, Grover L. (2013). "Frontiers, Opportunities, and Challenges in Biochemical and Chemical Catalysis of CO₂ Fixation". Chemical Reviews. 113 (8): 6621–6658. doi:10.1021/cr300463y. PMC 3895110. PMID 23767781.
^ Qiao, Jinli; Liu, Yuyu; Hong, Feng; Zhang, Jiujun (2014). "A review of catalysts for the electroreduction of carbon dioxide to produce low-carbon fuels". Chem. Soc. Rev. 43 (2): 631–675. doi:10.1039/C3CS60323G. PMID 24186433.