Elektrolyse

Elektrolyse is een redoxreactie die je met een stroombron afdwingt: elektrische energie wordt omgezet in chemische energie. Aan de negatieve elektrode vindt een reductie plaats, aan de positieve elektrode een oxidatie.

Wat gebeurt er bij elektrolyse?

Je hebt een stroombron (gelijkspanning), twee elektroden en een elektrolyt: een oplossing of smelt met vrije ionen. De stroombron pompt elektronen naar de negatieve elektrode en haalt ze weg bij de positieve elektrode.

• Negatieve elektrode (minpool, kathode): hier is een overschot aan elektronen. De sterkste oxidator neemt elektronen op: reductie.
• Positieve elektrode (pluspool, anode): hier worden elektronen weggehaald. De sterkste reductor staat elektronen af: oxidatie.

Welke deeltjes de sterkste oxidator en reductor zijn, zoek je op in Binas tabel 48. Vergeet water niet: in een oplossing kan ook H₂O reageren.

Voorbeeld 1: elektrolyse van een koper(II)bromide-oplossing

Je elektrolyseert een oplossing van CuBr₂ met twee koolstofelektroden. Er slaat 1,00 g koper neer. Hoeveel gram broom ontstaat er?

1. Aanwezige deeltjes: Cu²⁺, Br^- en H₂O.
2. Sterkste oxidator: Cu²⁺ (sterker dan H₂O). Aan de negatieve elektrode: Cu²⁺ + 2 e^- → Cu
3. Sterkste reductor: Br^- (sterker dan H₂O). Aan de positieve elektrode: 2 Br^- → Br₂ + 2 e^-
4. Totaal: Cu²⁺ + 2 Br^- → Cu + Br₂
5. 1,00 g Cu / 63,55 g/mol = 1,5736 × 10^-2 mol Cu (nog niet afronden). Daarvoor zijn 2 × 1,5736 × 10^-2 = 3,15 × 10^-2 mol elektronen nodig.
6. Molverhouding Cu : Br₂ = 1 : 1, dus er ontstaat 1,5736 × 10^-2 mol Br₂. De molaire massa van Br₂ is 2 × 79,90 = 159,8 g/mol, dus 1,5736 × 10^-2 × 159,8 = 2,51 g broom.

Voorbeeld 2: elektrolyse van een kaliumjodide-oplossing

Nu elektrolyseer je een KI-oplossing met koolstofelektroden. Wat ontstaat er aan de elektroden?

1. Aanwezige deeltjes: K⁺, I^- en H₂O.
2. K⁺ is een heel zwakke oxidator, zwakker dan water. Aan de negatieve elektrode wordt dus water gereduceerd: 2 H₂O + 2 e^- → H₂ + 2 OH^-
3. I^- is een sterkere reductor dan water. Aan de positieve elektrode: 2 I^- → I₂ + 2 e^-
4. Totaal: 2 H₂O + 2 I^- → H₂ + 2 OH^- + I₂
5. Je ziet dus waterstofgas bij de negatieve elektrode en een bruine kleur (jood) bij de positieve. Er ontstaat géén kalium.

Elektrolyse tegenover een batterij

Bij een batterij of accu die stroom levert, gaat de reactie vanzelf. Dan zijn de rollen van de polen precies andersom:

Het opladen van een accu is wél elektrolyse: de stroombron duwt de reactie terug.

Veelgemaakte fouten

• De regels van de batterij gebruiken. Bij elektrolyse is de negatieve elektrode altijd de plek van de reductie.
• Water vergeten. Metaalionen als K⁺, Na⁺ en Al³⁺ zijn zwakkere oxidatoren dan water. In een oplossing ontstaat dan waterstof in plaats van het metaal. Aluminium win je daarom uit gesmolten aluminiumoxide, niet uit een oplossing.
• Elektronen aan de verkeerde kant. Bij een reductie staan de elektronen links van de pijl, bij een oxidatie rechts.

Handige tips

• Ezelsbruggetje voor elektrolyse: min = reductie, want negatief geladen elektronen worden opgenomen.
• Schrijf eerst álle deeltjes op die aanwezig zijn, inclusief water en het materiaal van de elektroden.
• Maak de elektronen in beide halfreacties gelijk voordat je ze optelt tot de totaalreactie.

Oefen dit onderwerp direct

Klaar om het zelf te proberen? Hieronder oefen je meteen met dit onderwerp:

Wil je meer oefenen? Ga naar de leeromgeving. Kom je er niet uit? Bij bijles scheikunde leggen onze docenten het rustig met je door. Zie ook: redoxreacties en halfreacties.

Bekijk ook deze video-uitleg: