Digitale visie / Getty Images

Elektrolyse maakt gebruik van elektrische stroom om chemische reacties op gang te brengen, voornamelijk reductie-oxidatie (redox) processen waarbij atomen elektronen uitwisselen en hun oxidatietoestanden veranderen. Bij de metaalproductie maakt deze techniek de afzetting van pure metalen vaste stoffen mogelijk, waardoor deze techniek onmisbaar wordt voor het galvaniseren en raffineren van legeringen.

Basisopstelling van een elektrolytische cel

Een elektrolytische cel bevat twee elektroden:een negatief geladen kathode waar reductie plaatsvindt, en een positief geladen anode waar oxidatie plaatsvindt. Deze elektroden zijn aangesloten op een externe gelijkstroomvoedingsbron en het circuit wordt voltooid door een elektrolyt (meestal een zoutoplossing of gesmolten zout) die een ionische lading tussen de elektroden draagt. Wanneer er metaalionen in de elektrolyt aanwezig zijn, wordt de kathode de plaats waar metaalatomen als een vaste film worden afgezet.

De chemie achter de reactie

Tijdens elektrolyse winnen positief geladen metaalionen in de elektrolyt elektronen aan de kathode, waardoor hun lading wordt gereduceerd tot neutrale metaalatomen. Deze elektronenoverdracht is het kenmerk van een redoxreactie. Bij de zuivering van aluminium worden bijvoorbeeld Al³⁺-ionen uit de elektrolyt aan de kathode gereduceerd tot zeer zuiver aluminiummetaal. De reactie gaat door zolang er metaalionen in de oplossing beschikbaar blijven.

Elektrisch potentieel toepassen

Om de afzetting van metaal te stimuleren, wordt een constante gelijkspanning aangelegd. Elektronen stromen van de anode naar de kathode via het externe circuit, terwijl positieve ionen in de elektrolyt naar de kathode migreren. Het elektrische veld zorgt ervoor dat ionen het kathodeoppervlak bereiken, waar ze elektronen opnemen en stollen als metaal.

Het eindpunt van galvaniseren bepalen

De groei van een metaallaag wordt beperkt door de concentratie van metaalionen in de elektrolyt. Zodra de ionen zijn uitgeput, stopt de afzetting omdat er geen reactanten meer zijn om te reduceren. Om de platering te verlengen, moeten extra metaalionen aan de oplossing worden toegevoegd, hetzij door het elektrolyt aan te vullen, hetzij door de celsamenstelling aan te passen.

Door deze principes onder de knie te krijgen, kunnen fabrikanten nauwkeurige controle krijgen over de zuiverheid, de dikte en de oppervlakteafwerking van het metaal; sleutelfactoren in sectoren variërend van elektronica tot lucht- en ruimtevaart.