Elektroliza je temeljni proces u elektrokemiji gdje se električna energija koristi za pokretanje nespontane kemijske reakcije. Ovaj proces uključuje upotrebu elektrolita—tvari koja sadrži slobodne ione i može se razgraditi električnom energijom. Elektroliza ima širok raspon primjena u raznim industrijama, od proizvodnje metala i plinova do obrade otpadnih voda.
Ekstrakcija metala iz njihovih ruda i rafiniranje nečistih metala značajne su primjene elektrolize. U elektrolizi, istosmjerna struja (DC) prolazi kroz elektrolit, uzrokujući kretanje iona prema elektrodama i podvrgavanje reakcijama redukcije ili oksidacije.
Na primjer, kod ekstrakcije aluminija iz boksitne rude, ruda se prvo pretvara u aluminijev oksid ( \(Al_{2}O_{3}\) ). Aluminijev oksid se zatim otapa u rastaljenom kriolitu ( \(Na_{3}AlF_{6}\) ), što snižava talište smjese i povećava njenu vodljivost. Elektrolitička ćelija sastoji se od ugljičnih elektroda, gdje se aluminij reducira na katodi u čisti metalni aluminij, a na anodi se proizvodi kisik.
Galvanizacija je proces u kojem se tanki sloj metala nanosi na površinu materijala. Ova metoda ima široku primjenu u dekorativne svrhe, zaštitu od korozije i poboljšanje površinskih svojstava predmeta. Predmet koji se oblaže djeluje kao katoda, a metal koji se taloži koristi se kao anoda. Otopina elektrolita sadrži ione metala koji se nanosi. Kada se dovede električna energija, metalni ioni iz otopine se reduciraju i talože na površini katode, tvoreći tanku metalnu prevlaku.
Elektroliza se također koristi u proizvodnji plinova kao što su vodik i kisik. Kada se voda ( \(H_{2}O\) ) podvrgne elektrolizi, ona se razgrađuje na plin vodik ( \(H_{2}\) ) na katodi i plin kisik ( \(O_{2}\) ) na anoda. Ovaj proces se može prikazati jednadžbom:
\(2H_{2}O(l) \rightarrow 2H_{2}(g) + O_{2}(g)\)Ova metoda je osobito važna za proizvodnju vodika visoke čistoće za industrijsku upotrebu, kao što je naftna i kemijska industrija.
Elektroliza se može primijeniti u obradi otpadnih voda za uklanjanje onečišćenja. Proces, poznat kao elektrokoagulacija, uključuje propuštanje električne struje kroz otpadnu vodu, uzrokujući koagulaciju kontaminanata i njihovo naknadno uklanjanje iz vode. To je učinkovita metoda za pročišćavanje industrijskih i komunalnih otpadnih voda.
Baterije pohranjuju električnu energiju u obliku kemijske energije, koja se može osloboditi kada je to potrebno. Proces ponovnog punjenja baterije uključuje poništavanje kemijskih reakcija do kojih dolazi tijekom njezine upotrebe, što se postiže elektrolizom. Na primjer, u olovno-kiselim baterijama proces ponovnog punjenja pretvara olovni sulfat i vodu natrag u olovni dioksid, olovo i sumpornu kiselinu, vraćajući izvorni sastav baterije i njenu sposobnost proizvodnje električne energije.
Elektroliza se koristi u sintezi raznih važnih kemijskih spojeva. Jedan značajan primjer je kloralkalni proces, gdje se slana otopina (otopina natrijevog klorida) elektrolizira kako bi se proizveli plinoviti klor, natrijev hidroksid i vodikov plin. Ovaj proces je ključan za proizvodnju ovih kemikalija, koje imaju brojne primjene u industrijama poput tekstila, papira i proizvodnje deterdženata.
\(2NaCl(aq) + 2H_{2}O(l) \rightarrow Cl_{2}(g) + H_{2}(g) + 2NaOH(aq)\)Elektroliza je svestran proces sa širokom primjenom u ekstrakciji metala, galvanizaciji, proizvodnji plinova, obradi otpadnih voda, punjenju baterija i kemijskoj sintezi. Njegova sposobnost pokretanja nespontanih kemijskih reakcija pomoću električne energije čini ga neprocjenjivim u industrijskim procesima i znanstvenim istraživanjima. Razumijevanje principa i primjene elektrolize doprinosi inovacijama u energetici, znanosti o materijalima i zaštiti okoliša.
