การทำโลหะให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า

               การทำโลหะให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า เป็นกระบวนการขั้นตอนหนึ่งของการถลุงแร่  โดยทั่วไปโลหะที่ถลุงได้จากแร่มักจะมีมลทินปนอยู่เล็กน้อย   เพื่อทำโลหะนี้ให้บริสุทธิ์ขึ้นต้องใช้กระบวนการอิเล็กโทรลิซิส  ที่เรียกว่า Electrorefining  สำหรับหลักทั่วไปในการชุบโลหะให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า  พอจะสรุปได้ดังนี้

1.             จัดโลหะที่จะทำให้บริสุทธิ์เป็นแอโนด (ขั้วบวก)

2.             ใช้โลหะบริสุทธิ์อีกแท่งหนึ่งต่อกับแคโทด  (ขั้วลบ)

3.             สารละลายอิโทรไลต์ต้องมีไอออนบวกของโลหะที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์เป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย

4.             ต้องใช้กระแสไฟฟ้าตรง  และให้มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์พอเหมาะ

การถลุงแร่ทองแดงชื่อแร่คาลโคไพไรต์  ได้โลหะทองแดงที่มีความบริสุทธิ์เพียง 99% เท่านั้น  ถ้าต้องการทำให้บริสุทธิ์ขึ้นอีกต้องนำโลหะทองแดงที่ได้นี้ไปอิเล็กโทรลิซิส  แยกมลทินในทองแดงเล็กน้อยนั้นออก เรียกกระบวนการนี้ว่า  Electrorefining

                มลทินที่พบในโลหะทองแดงมี  2  ชนิด  คือ

                1. โลหะที่ถูกออกซิไดส์ง่าย  พวกนี้มี E⁰ ต่ำ  เช่น   Zn,  Fe

                2. โลหะที่ถูกออกซิไดส์ยาก   พวกนี้มี E⁰  สูง  เช่น Pt,  Au,  Ag

                การจัดเครื่องมือดังรูป   ต่อ Cu  ที่ไม่บริสุทธิ์เป็นแอโนด  (ขั้วบวก) และ  Cu   บริสุทธิ์เป็นแคโทด  (ขั้วลบ)  จุ่มขั้วทั้ง  2  ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์  CuSo₄  ผสมกับ  H₂So₄  แล้วต่อให้ครบวงจร กับแบตเตอรี่ผ่านกระแสตรงที่มีศักย์ไฟฟ้าพอเหมาะ  จะพบว่ากระแสอิเล็กตรอนจากขั้วลบของแบตเตอรี่ลงที่แคโทด  ซึ่งเป็น Cu บริสุทธิ์ Cu²⁺  จากสารละลายเคลื่อนที่รับอิเล็กตรอนเกิดปฏิกิริยารีดักชั่นเป็นโลหะ  Cu  เกาะที่ขั้วนั้นดังนี้

                แคโทด Cu²⁺(ag) + 2e^-  --->    Cu(s)

               ส่วนที่ขั้วแอโนด  (ขั้วบวก)  เป็น Cu  ไม่บริสุทธิ์จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น  โดยโลหะ Cu และพวกโลหะที่เป็นมลทิน เช่น Zn,  Fe,  (มี E₀  ต่ำ)   ให้อิเล็กตรอนเกิดไออนบวกเป็น  Cu²⁺  ,  Zn²⁺  และ  Fe²⁺  ส่วนพวกมลทินที่มี  E⁰  สูง  เช่น  Au,  Ag  และ Pt ให้อิเล็กตรอนยาก  จะตกเป็นตะกอนที่แอโนด  เรียกตะกอนของโลหะพวกนี้ว่า  Anode  mud  ดังนี้

                แอโนด  Cu(s)   --->    Cu² + (ag)   +   2e^-

                                  Zn(s)   --->     Zn + (ag)   +    2e^-

                                  Fe(s)   --->     Fe  + (ag)   +    2e^-               

                อนึ่งไอออนบวกของโลหะที่เกิดจากแอโนดในสารละลาย  คือ  Zn²⁺ (E⁰ =  -0.76 V)    Fe²⁺  (E⁰ = -0.41 V)   มี   E⁰   ต่ำกว่า Cu²⁺  (E⁰ = +.034 V)    จะพบว่า Cu²⁺  เข้าไปรับอิเล็กตรอน เกิดปฏิกิริยารีดักชั่นเป็นโลหะ  Cu ที่แคโทดได้ดี  ส่วน  Zn²⁺   และ Fe²⁺ รับอิเล็กตรอนได้ยาก  จึงมีโอกาสเกิดเป็นโลหะที่แคโทดน้อย  ดังนั้น  Cu  ที่แคโทดซึ่งแยกออกจากแอโนดจึงมีความบริสุทธิ์เพียง 99.95%  เท่านั้น  สำหรับกรด  H₂SO₄  ที่ผสมกับสารละลาย  CuSO₄  เพื่อกัดให้โลหะ  Cu,  Fe,  และ  Zn  ให้อิเล็กตรอนเกิดไอออนเร็วและง่ายขึ้น