Introduction to Electrolysis

Electrolysis is a process by which electrical currents can be passed through solutions. Pure water is a non-conductor of electricity. But if a salt such as NaCl is dissolved in it, the solution will start conducting if two electrodes are placed in it along with a battery that provides the initial current. In the present chapter we will see what is electrolysis and how it is useful in our day to day life.

What we will study in this chapter
1. Process of electrolysis
2. Conductor versus electrolyte
3. Electrolysis of water
4. Definition of standard solutions
5. Faraday’s Law of Electrolysis
6. Application of electrolysis

1. Process of electrolysis
When an electric current is passed through a chemical compound, some compounds are able to conduct electricity. The compound dissociates into ions under the influence of the electric current. The electrical current initiates a chemical reaction or a break up.

To see how electricity is conducted through a solid compound, a molten compound and an aqueous solution of the compound, do the following. Take two metal rods, a 6V battery, a bulb or an ammeter, wires. Take sodium chloride in a petri dish. Keep a burner and water in a beaker also. Connect the circuit as shown in the figure below. Bulb or an ammeter will visually indicate the passage of current.

You notice the following :

No current flows through the circuit when the sodium chloride is in a solid form.

When the salt is molten, current flows.

When the salt is in an aqueous solution, the current flows and the bulb glows brightly. Also bubbles are seen at the electrodes, indicating that some chemical reaction (or dissociation of the compound) is taking place.

In the above experiment, instead of salt solution, try other solutions like sugar solution, glycerin, alcohol, dilute sulphuric acid, copper sulphate solution, acetic acid.

You will notice the following :

Current flows through dilute sulphuric acid and copper sulphate solution.

A weak current flows through acetic acid.

No current flows through sugar solution, glycerin, alcohol.

The above experiments show that there is a relationship between the passage of electricity and the chemical reactions taking place due to it. All compounds do not conduct electricity; and the state of the compound, whether molten or aqueous, is an important factor.

Some definitions regarding electrolysis
1.Electrolysis : It is a chemical process where a substance in its molten state or in an aqueous solution is decomposed by the passage of electric current.

2.Electrolyte : A compound that allows electric current to pass through itself, when either in a molten state or in an aqueous solution, is called an electrolyte. In the above experiment, solutions of sodium chloride, copper sulphate, dilute sulphuric acids, acetic acid are electrolytes. Strong electrolytes are those that allow large electric currents to be passed through them. Solutions of sodium chloride, copper sulphate, dilute sulphuric acid are examples of strong electrolytes. Weak electrolytes are those compounds which are poor conductors of electricity when they are in a molten state or in an aqueous solution. The solution of acetic acid in the experiment above, showed that it is a weak electrolyte.

3. Non-electrolyte : A compound which does not allow electric current to pass through itself in any state, molten or aqueous, is called a non-electrolyte. In the above experiments we have seen that sugar solution, glycerin, alcohol, are non-electrolytes.

4.Electrodes : The strips of metals inserted in the electrolytes for conduction of electricity are called electrodes. The metal electrode connected to the positive terminal of the battery is called the anode (+). The metal electrode connected to the negative terminal of the battery is called the cathode (-).

5.Electrolytic cell : The complete set-up for electrolysis is called the electrolytic cell. This consists of the vessel containing the electrolyte, anode, cathode, battery and wires. Electrolytic cell is also known as a voltameter, since it generates voltage (or current) at its two terminals.

Mechanism of electrolysis
In the example of NaCl above, we saw that NaCl does not conduct electricity as it is. NaCl is an ionic compound and both the Na+ and the Cl- ions are strongly attracted to each other by electrostatic attraction. The strength of the electrical current is unable to break the ionic bond. Not only breaking of the ionic bond is needed, the flow of charges also has to take place. This does not happen in solid NaCl. Thus solid NaCl is not an electrolyte.

On the other hand, in case of molten NaCl, the bond length between the Na+ and the Cl- ions has loosened. The bond is weakened. Hence the ions can become mobile and conduct electricity.

In an aqueous solution of NaCl, water molecules separate the Na+ and the Cl- ions. This makes them very mobile. The mobility is enhanced when two electrodes in the form of anode (+) and cathode (-) are inserted in the salt solution. The Na+ ions get attracted toward the cathode and the Cl- ions get attracted toward the anode. The aqueous solution of NaCl is therefore a good electrolyte.

We can conclude from the above discussions that the movement of ions is responsible for the flow of current in an electrolytic cell.

Steps occurring during the passage of electricity in an electrolytic cell with NaCl aqueous solution :


1. Dissociation of NaCl : NaCl Na + + Cl-
Cation Anion


2. Reaction at the cathode : Na + + 1e- Na (neutralization)


Reaction at the anode : Cl- 1e- + Cl (neutralization)

Cl + Cl Cl2



To summarize the process of electrolysis, we can say the following

Electrolytes dissociate to form negatively charged anions and positively charged cations.

The ions conduct electricity through the electrolyte.

Cations are attracted towards the negative electrode. They take the excess electrons from the electrode and neutralize themselves.

Anions are attracted towards the positive electrode. They give up the excess electrons from the electrode and neutralize themselves. The electrolyte dissociates and the constituent elements of the salt are liberated at the electrodes.

Pengenalan untuk Elektrolisis

Elektrolisis ialah satu proses yang mana arus-arus elektrik boleh melalui penyelesaian. Air bersih ialah satu bukan pengkonduksi bekalan elektrik. Tetapi jika satu garam seperti NaCl dilarutkan dalam ia, penyelesaian akan bermula menjalankan jika dua elektrod-elektrod disusunnya bersama dengan satu deretan yang menyediakan arus mula. Dalam bab sekarang kami akan melihat apakah elektrolisis dan bagaimana ia berguna dalam hari ke hari kami hidup.

Apa kami akan kajian dalam bab ini
1. Proses elektrolisis
2. Konduktor lawan elektrolit
3. Elektrolisis air
4. Takrif penyelesaian-penyelesaian biasa
5. Faraday Undang-undang Elektrolisis
6. Permohonan elektrolisis

1. Proses elektrolisis
Bila satu arus elektrik melalui satu sebatian kimia, beberapa kompaun mampu alir elektrik. Halaman melepaskan ke dalam ion-ion di bawah pengaruh arus elektrik. Arus elektrik memulakan satu tindak balas kimia atau satu berpecah.

Melihat bagaimana bekalan elektrik dijalankan melalui satu sebatian padu, satu sebatian lebur dan satu larutan berair halaman, buat berikut. Ambil dua rod-rod logam, bateri 6V, sebiji mentol atau sebuah meter ampere, wayar-wayar. Ambil natrium klorida dalam satu piring petri. Simpan sebuah penunu dan air dalam sebuah bikar juga. Hubungi litar sebagai membuktikan dalam angka di bawah. Mentol atau sebuah meter ampere akan secara visual menunjukkan laluan semasa.

Anda perhatikan berikut :

Tiada saluran-saluran tenaga elektrik melalui litar apabila natrium klorida berada dalam satu bentuk pepejal.

Bila garam dilebur, saluran-saluran tenaga elektrik.

Bila garam berada dalam satu larutan berair, saluran-saluran tenaga elektrik dan mentol bercahaya dengan terang. Juga buih-buih adalah dilihat di elektrod-elektrod, menunjukkan yang tindak balas sebahagian kimia (atau penceraian halaman) mengambil tempat.

Dalam eksperimen di atas, daripada larutan garam, cuba penyelesaian lain seperti larutan gula, gliserin, alkohol, mencairkan asid sulfurik, penyelesaian kuprum sulfat, asid asetik.

Anda akan mengerti berikut :

Saluran-saluran tenaga elektrik melalui penyelesaian mencairkan asid sulfurik dan kuprum sulfat.

Satu saluran-saluran tenaga elektrik lemah melalui asid asetik.

Tiada saluran-saluran tenaga elektrik melalui larutan gula, gliserin, alkohol.

Di atas eksperimen-eksperimen menunjukkan yang terdapat satu perhubungan antara laluan bekalan elektrik dan reaksi kimia mengambil tempat disebabkan ia. Semua kompaun tidak menjalankan bekalan elektrik; dan keadaan halaman, sama ada leburan atau berair, ialah satu unsur penting.

Beberapa takrif mengenai elektrolisis
1.Electrolysis : Ia satu proses kimia di mana satu bahan dalam keadaan cairnya atau dalam satu larutan berair diuraikan oleh laluan arus elektrik.

2.Electrolyte : Satu sebatian yang membenarkan arus elektrik melalui sendiri, apabila salah satu dalam satu keadaan cair atau dalam satu larutan berair, dipanggil satu elektrolit. Dalam eksperimen di atas, penyelesaian natrium klorida, kuprum sulfat, asid-asid sulfurik cair, asid asetik ialah elektrolit. Elektrolit kuat ialah mereka yang yang membenarkan arus elektrik besar melalui mereka. Penyelesaian natrium klorida, kuprum sulfat, mencairkan asid sulfurik ialah contoh-contoh elektrolit kuat. Elektrolit lemah ialah sebatian-sebatian itu yang mana ialah konduktor-konduktor miskin bekalan elektrik apabila mereka berada dalam satu keadaan cair atau dalam satu larutan berair. Penyelesaian asid asetik dalam eksperimen di atas, menunjukkan yang ia satu elektrolit lemah.

3. Bukan elektrolit : Satu sebatian yang mana tidak membenarkan arus elektrik melalui sendiri di mana-mana negeri, leburan atau berair, dipanggil satu bukan elektrolit. Dalam di atas bereksperimen kita telah lihat yang larutan gula, gliserin, alkohol, tidak elektrolit.

4.Electrodes : Jalur-jalur logam-logam dimasukkan dalam elektrolit untuk konduksi bekalan elektrik telah dipanggil elektrod-elektrod. Elektrod logam bertalian terminal positif bateri dipanggil anod (+). Elektrod logam bertalian pangkalan negatif bateri dipanggil katod (-).

sel 5.Electrolytic : Susunan lengkap untuk elektrolisis dipanggil sel elektrolitik. Ini mengandungi kapal mengandungi elektrolit, anod, katod, bateri dan wayar-wayar. Sel elektrolitik juga dikenali sebagai satu voltameter, sejak ia menghasilkan voltan (atau semasa) di dua terminal-terminalnya.

Mekanisme elektrolisis
Dalam contoh NaCl di atas, kita melihat yang NaCl tidak mengkonduksi bekalan elektrik seadanya. NaCl ialah satu sebatian ionik dan kedua-dua Na+ dan ion-ion Cl tertarik kuat kepada satu sama lain oleh tarikan elektrostatik. Kekuatan arus elektrik tidak mampu memecahkan ikatan ion. Bukan sahaja memecahkan ikatan ion diperlukan, aliran caj-caj juga perlu berlaku. Ini tidak berlaku dalam NaCl padu. Maka NaCl padu bukan satu elektrolit.

Sebaliknya, jika NaCl lebur, panjang ikatan antara Na+ dan ion-ion Cl telah melonggarkan. Bon dilemahkan. Maka ion-ion boleh menjadi bergerak dan alir elektrik.

Dalam satu larutan berair NaCl, molekul-molekul air memisahkan Na+ dan ion-ion Cl. Ini membuat mereka sangat mudah bergerak. Mobiliti ditingkatkan apabila dua elektrod-elektrod dalam bentuk anod (+) dan katod (-) diselitkan dalam larutan garam. Na+ ions kena tertarik ke arah katod dan ion-ion Cl kena tertarik ke arah anod. Larutan berair NaCl adalah satu elektrolit baik.

Kita boleh dibuat kesimpulan daripada perbincangan-perbincangan di atas yang pergerakan ion-ion bertanggungjawab untuk aliran semasa dalam satu sel elektrolitik.

Langkah-langkah berlaku semasa laluan bekalan elektrik dalam satu sel elektrolitik dengan larutan berair NaCl :


1. Penceraian Nacl : NaCl Na + + Cl
Anion Kation


2. Tindak balas di katod : Na + + Na yang 1e (peneutralan)


Tindak balas di anod : + Cl 1e Cl (peneutralan)

Cl + Cl Cl2



Menyingkatkan proses elektrolisis, kami boleh mengatakan berikut

Elektrolit memisahkan untuk membentuk dicaj secara negatif anion dan dituduh dengan positif kation-kation.

Bekalan elektrik kelakuan ion-ion melalui elektrolit.

Cations tertarik ke arah elektrod negatif. Mereka ambil elektron-elektron lebihan dari elektrod dan meneutralkan diri mereka.

Anion tertarik ke arah elektrod positif. Mereka melepaskan elektron-elektron lebihan dari elektrod dan meneutralkan diri mereka. Elektrolit melepaskan dan unsur juzuk garam dibebaskan pada elektrod-elektrod.