Elektrochemie voor MBO/Elektrolyse volgorde

---

---

Reactievolgorde

De volgorde waarin de reacties aan de elektroden verlopen is bijna volgens het boekje:

• aan de kathode wordt de sterkste oxidator gereduceerd
• aan de anode wordt de sterkste reductor geoxideerd

In zijn algemeenheid is deze bewering waar, maar dat gaat er wel van uit dat er geen andere zaken een rol spelen. In de twee voorbeelden hieronder is dat duidelijk wel het geval.

Chloride/Chloor en Water/Zuurstof

Oxidator	Reductor	Halfreactie	Standaard elektrodepotentiaal (V)
Zuurstof	Zuurstof(−2)	${\ce {O2_{(g)}\ + \ 4 H^{+}\ + \ 4 e^{-}\ -> \ 2 H2O_{(l)}}}$	1,23
Chloor(0)	Chloor( −1)	${\ce {Cl2_{(g)}\ + \ 2 e^{-}\ -> \ 2 Cl^{-}}}$	1,358

Cl^-/Cl₂ // H₂O/O₂

Energiediagram voor de elektrolytische oxidatie aan de anode van chloride in een waterige oplossing. (de energieverschillen zijn niet op schaal)

Hier wreekt zich wel het feit dat E°-waarden evenwichtswaarden zijn. Evenwichtswaarden zeggen iets over het verschil in energie tussen de reactanten en de producten van een reactie. Ze zeggen niets over reactiesnelheid.
Het energieverschil tussen chloride en chloor is groter dan dat tussen water en zuurstofgas. Op basis daarvan zou de reactie van water tot zuurstofgas eerder moeten verlopen dan die van chloride naar chloor. De ligging van deze evenwichten wordt volledig bepaald door het energieverschil tussen de oxidator en de reductor.

Energieën

Evenwicht

Voor de reactiesnelheid is niet het energieverschil tussen begin en eindpunt van de reactieweg belangrijk. De activeringsenergie bepaald hoe snel een reactie kan verlopen. De activeringsenergie voor de oxidatie van water tot zuurstofgas is veel hoger dan die voor de omzetting van chloride in chloorgas. De veel hogere activeringsenergie van de reactie met water zorgt ervoor dat de omzetting van water naar zuurstof in aanwezigheid van chloride eigenlijk niet optreedt.

reactiesnelheid

Gevoel

Gevoelsmatig is het verschil in activeringsenergie ook te duiden. Voor de reactie van chloride naar chloor hoeft alleen een chloride-ion van zijn extra elektron te worden "verlost" waarna het een tijdje aan de anode moet blijven "hangen" tot een tweede chloride-ion ontladen is, waarna de twee atomen gekoppeld kunnen worden tot w:dichloor. De reactie met water is wat dat betreft gecompliceerder. Een watermolecuul moet via zijn zuurstof-atoom aan de elektrode gebonden worden, waarna twee keer een elektron onttrokken wordt. Tegelijkertijd moeten de waterstof-ionen de oplossing ingestuurd worden. Het kale zuurstof-atoom moet nu net als het eerste chloor-atoom wachten op een tweede zuurstof-atoom. Dat moet ook op de zelfde manier van zijn extra elektronen en waterstof-ionen "verlost" worden.

Proces

Knalgas

Op een heel ander punt in de chemie kom je het verschil in activeringsenergie van de reactie tussen enerzijds zuurstof en anderzijds chloor. Het mengsel van zuurstof- en waterstof-gas staat bekend onder de naam "knalgas". Dit is de van oudsher bekende vorm, ter onderscheiding wordt het mengsel van chloor en waterstof-gas aangeduid met de naam "chloorknalgas". Gewoon knalgas is een gasmengsel dat alleen "knalt" als er energie wordt toegevoerd in de vorm van een gloeiend of brandend voorwerp. Vooral in de verhouding 1 op 2 (zuurstof respectievelijk waterstof) doet het gas zijn naam eer aan. Chloorknalgas is wat dat betreft gevoeliger: direct zonlicht (of UV-licht uit een TL) is al voldoende op de reactie af te laten gaan. Gewoon knalgas is daar totaal ongevoelig voor.

Knalgas en chloorknalgas

Jodide met koperen anode

Oxidator	Reductor	Halfreactie	Standaard elektrodepotentiaal (V)
Koper(+2)	Koper(+0)	${\ce {Cu^{2+}\ +\ 2e^{-}\ ->\ Cu_{(s)}}}$	0,34
Jood(0)	Jood(−1)	${\ce {I2 \ + \ 2 e^{-}\ -> \ 2 I^{-}}}$	0,54

I^-/I₂ // Cu⁰/Cu²⁺