Øvelse nr. 5, Elektrolyse av kobber(II)klorid

Utstyr og stoffer:

- likestrømskilde- én lyspære med pæreholder- to karbonelektoder- to metallklyper- tre ledninger med bananstikker

- to begerglass- én teskje kobber(II)klorid- 150 ml vann- én glasstav- ett glasskar

Framgangsmåte:Kobber(II)klorid har en sterk, lys blåfarge med et hint av grønn, og kornene var noe større enn farin. Vi helte vannet over i glasset med kobber(II)klorid for å løse opp saltet. Det løste seg lett, og løsningen fikk en grønnblå farge, der blå var mest dominerende.

Vannmolekylene drar ionene Cu²⁺ og Cl⁻ ut av ionegitteret, og vi får en løsning med et metall (kobber) og et ikke-metall (klor).

Vi koblet sammen utstyret som vist på skissen:

Vi merket oss at lyspæren lyste, hvilket tyder på at strømkretsen var sluttet, altså var det en ordnet strøm av ladde partikler i ledningene og i løsningen. Strømretningen er definert fra

Vann (H₂O) (l)CuCl₂ (s) Cu²⁺ (aq) + 2Cl⁻ (aq)

plusspol til minuspol, men elektronene beveger seg altså fra negativ til positiv pol. I løsningen er det ikke nok metall tilstede for at dette skal skje, men de negative klorionene får samme egenskap som elektronene (som også er negative). Klorionene trekkes mot den positive karbonelektroden, mens kobberionene dras mot den negative.

Ved sistnevnte elektrode dannes det et mørkt, brunt belegg. På denne elektroden har positivt ladde kobberioner «festet» seg og dannet fast kobber. For at dette skal skje, må ionene forsynes med elektoner (to elektroner per kobberion). Vi kan sette opp denne reduksjonen i en delreaksjonslikning:

Ved den andre elektroden dannes det mange små bobler på staven som stiger opp til overflaten. Det bruser svakt, og det lukter likt som svømmebasseng, eller som vaskemiddel som inneholder klor. Vi trakk den slutningen at det er snakk om klorgass (Cl₂). Oppløst i vannet har klorionene negativ ladning siden de har ett elektron ekstra i ytterste skall for å oppfylle «åtteregelen». Et ordinært kloratom har fordelingen 2-8-7, men har et ønske om å ha 8 e⁻ i ytterste skall. Med et slikt ekstra elektron blir kloratomet et negativt ladet ion. I løsningen tiltrekker den positive elektroden klorionene. Et klorion kan avgi det ekstra elektronet på staven og dermed kan det bindes til et annet kloratom. En slik prosess er en oksidasjon. Ved å dele på et elektron, oppfyller de åtteregelen og molekylet blir stabilt. I romtemperatur er Cl₂ i gassform. En delreaksjon kan skrives slik:

Vi kan legge til de nevnte reaksjonene i skissen:

Cu²⁺ (aq) + 2e⁻ Cu (s)

2Cl⁻ (aq) Cl₂ (g) + 2e⁻

Elektronene går inn i elektroden og blir en del av strømkretsen. Samler vi disse to reaksjonene i én boks, får vi en red(uksjons)oks(idasjons)reaksjonslikning. En slik redoks-reaksjonslikning vil se slik ut:

Vi må benytte elektrisk energi for at prosessene skal skje, og må derfor tas med i likningen. Å oksidere kobber og redusere klor er en «oppoverbakke-reaksjon», og skjer ikke med mindre det tilføres energi.

Cu²⁺ (aq) + 2Cl⁻ (aq) + el. energi Cu (s) + Cl₂ (g) 2e⁻