Đây là một mô hình thực nghiệm tiêu biểu để nghiên cứu cơ chế của các quá trình oxi hóa – khử xảy ra dưới tác động của dòng điện một chiều, đồng thời giải thích nguyên lý điều chế nước Javen trong công nghiệp.
Khi thiết lập hệ thống điện phân với điện cực trơ (anode bằng than chì và cathode bằng thép) và dẫn dòng điện một chiều đi qua dung dịch $NaCl$ có chứa sẵn chất chỉ thị phenolphthalein, các quá trình biến đổi vật chất bắt đầu diễn ra tại ranh giới pha giữa điện cực và dung dịch. Phân tích chi tiết các bán phản ứng cho thấy:
- Tại cathode (cực âm): Xảy ra quá trình khử các phân tử nước, giải phóng khí hydrogen ($H_2$) và tạo ra các ion hydroxide ($OH^-$). Sự gia tăng nồng độ $OH^-$ làm dung dịch cục bộ tại đây chuyển sang môi trường base, minh chứng rõ nét qua việc chất chỉ thị phenolphthalein đổi sang màu hồng đặc trưng.$$2H_2O + 2e \rightarrow H_2 + 2OH^-$$
- Tại anode (cực dương): Quá trình oxi hóa các ion chloride ($Cl^-$) chiếm ưu thế, dẫn đến sự hình thành và thoát ra của khí chlorine ($Cl_2$).$$2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e$$
Phương trình điện phân tổng quát của hệ:
$$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{dpdd} 2NaOH + Cl_2 + H_2$$
Đặc điểm cốt lõi tạo nên sự khác biệt của hệ thống này là sự vắng mặt của màng ngăn xốp. Hệ quả là khí chlorine ($Cl_2$) sinh ra tại anode dễ dàng khuếch tán và phản ứng trực tiếp với lượng sodium hydroxide ($NaOH$) vừa được tạo thành. Sự tương tác này hình thành hỗn hợp muối bao gồm sodium chloride ($NaCl$) và sodium hypochlorite ($NaClO$) – thành phần chính của nước Javen:
$$Cl_2 + 2NaOH \rightarrow NaCl + NaClO + H_2O$$
Chính phân tử $NaClO$ mang tính oxi hóa cực mạnh đã thể hiện khả năng tẩy màu, làm phai hoàn toàn sắc hồng của dung dịch phenolphthalein ngay sau đó. Bài viết dưới đây sẽ đi sâu vào việc giải thích các điều kiện nhiệt động lực học, cơ sở động học hóa học và những ứng dụng thực tiễn của quy trình tổng hợp quan trọng này.
