Kaj je elektroliza? Anoda in katoda. Fizikalno-kemijski proces

Dolgo časa ljudje niso mogli dobiti veliko čistih snovi v prosti obliki. Tako npr. Kot:

• kovine;
• alkalno;
• klor;
• vodik;
• vodikov peroksid;
• klororgan in drugi.

Dobljeni so bili z visoko vsebnostjo nečistoč, ki jih ni bilo mogoče odstraniti ali jih sploh niso sintetizirali. Toda povezave so zelo pomembne za uporabo v industriji in vsakdanjem življenju. Ampak z odkritjem takega procesa kot elektrolize je bila naloga velikega obsega rešena. Danes se uporablja ne samo za sintezo, temveč tudi za mnoge druge procese.

Kaj je elektroliza? Kako se zgodi, od kakšnih stopenj se oblikuje, kakšna je glavna prednost te metode, poskušajmo razumeti potek članka.

Kaj je elektroliza?

Za odgovor na to vprašanje se je treba najprej obrniti na terminologijo in razumeti nekaj osnovnih fizikalno-kemijskih konceptov.

1. Enosmerni tok je usmerjeni tok elektronov, ki izvirajo iz katerega koli vira električne energije.
2. Elektrolit je snov, katere raztopina je sposobna voditi električni tok.
3. Elektrode - plošče določenih materialov, ki so medsebojno povezani in ki oddajajo električno energijo skozi (anoda in katoda).
4. Reakcija redukcije oksidacije je proces, v katerem se stopnja oksidacije udeležencev spremeni. To pomeni, da nekateri ioni oksidirajo in povečajo vrednost stopnje oksidacije, medtem ko se drugi zmanjšajo in zmanjšajo.

Ob razložitvi vseh teh izrazov lahko odgovorimo na vprašanje, kaj je elektroliza. Ta proces redukcije oksidacije je sestavljen iz prenosa enosmernega toka skozi raztopino elektrolita in konca s sproščanjem različnih produktov na elektrode.

Najenostavnejša namestitev, ki jo lahko imenujemo elektrolitska celica, vključuje le nekaj komponent:

• dve kozarci z elektrolitom;
• trenutni vir;
• dve elektrodi sta med seboj povezani.

V industriji uporablja mnogo bolj izpopolnjenih avtomatiziranih modelov, ki omogočajo proizvodnjo velikih količin izdelkov - rezervoarjev za elektrolizo.

Postopek elektrolize je precej zapleten, ob upoštevanju več teoretičnih zakonov in iztržkov v skladu z uveljavljenimi postopki in pravili. Da bi pravilno napovedali svoj izid, je treba jasno razumeti vse vzorce in možne variante prehoda.

Teoretična osnova procesa

Najpomembnejši temeljne kanoni, na kateri stoji elektrolize - zakoni Michael Faraday - slavni fizik, znan po svojem delu na področju električnega toka in vsi spremljajoči procesi.

Skupaj sta dve taki pravila, od katerih vsaka opisuje bistvo procesov, ki se pojavijo med elektrolizo.

Prvi zakon

Prvi Faradayov zakon, katere formula je zapisana kot m = kI * Delta-t, se glasi:

Masa snovi, sproščene na elektrodi, je neposredno sorazmerna z električno energijo, ki je minila skozi elektrolit.

Iz formule je razvidno, da je m masa snovi, jaz pa trenutna moč, Delta-t je čas, ko je bil preskočen. Obstaja tudi vrednost k, ki se imenuje elektrokemijski ekvivalent spojine. Ta vrednost je odvisna od narave same spojine. Numerično, k je enaka masi snovi, ki se sprosti na elektrodi, ko enota električnega naboja prehaja skozi elektrolit.

Drugo pravilo elektrolize

Drugi Faradayov zakon, katerega formula je m = M * I * Delta-t / n * F, se glasi, kot sledi. Elektrokemijski ekvivalent spojine (k) je neposredno sorazmeren njegovi molarni masi in obratno sorazmeren z valenco snovi.

Zgornja formula je rezultat izpeljave iz vseh kombiniranih. Odraža bistvo drugega zakona elektrolize. M je molska masa spojine, I je moč toka, ki poteka skozi celoten proces, Delta-t je čas celotne elektrolize, F je Faradayova konstanta, n pa je elektron, ki je sodeloval v procesu. Njihovo število je enako obremenitvi ionov, ki so sodelovali v procesu.

zakoni Faraday je, da bi razumeli, kaj je elektrolizo, in za izračun potencialnega donosa mas, želeni rezultat je napovedati in vplivajo na potek procesa. So teoretična osnova obravnavanih preoblik.

Koncept anode in njegovih tipov

Elektrode so zelo pomembne pri elektrolizi. Celoten postopek je odvisen od materiala, iz katerega so izdelani, od njihovih specifičnih lastnosti in značaja. Zato bolj podrobno preučujemo vsako od njih.

Anoda je plus ali pozitivna elektroda. To je tista, ki se pridruži "+" polu vira energije. V skladu s tem, od nje raztopina elektrolita Negativni ioni ali anioni se bodo premaknili. Tukaj se bodo oksidirali, pridobili višjo stopnjo oksidacije.

Zato si lahko ogledate majhno shemo, ki bo pomnila anodne procese: anoda "plus" - anioni - oksidacija. Obstajata dve glavni vrsti te elektrode, odvisno od tega, kateri bo ta ali ta izdelek proizveden.

1. Netopna ali inertna anoda. Za to vrsto se uporablja elektroda, ki služi le za prenos elektronov in oksidacijskih procesov, vendar se sama ne porabi in se ne raztopi. Takšne anode so narejene iz grafita, iridija, platine, premoga in tako naprej. Z uporabo takšnih elektrod je mogoče pridobiti kovine v čisti obliki, plini (kisik, vodik, klor in tako naprej).
2. Topna anoda. V oksidativnih procesih se raztopi in vpliva na izid vseh elektroliz. Glavni materiali, iz katerih so izdelane te vrste elektrod: nikelj, baker, kadmij, svinec, kositer, cink in drugi. Uporaba takšnih anod je potrebna za procese elektrorefiniranja kovin, galvanizacije, nanašanja zaščitnih premazov pred korozijo in tako naprej.

Bistvo vseh procesov, ki se pojavljajo na pozitivni elektrodi, se zmanjša na izpuste najbolj elektronegativnih ionov v potencialni vrednosti. Ivot zakaj je storjeno anioni anoksičnih kislin in hidroksid ion, nato pa vodo, ko gre za rešitev. Anioni, ki vsebujejo kisik v vodni raztopini elektrolita, običajno ne izpuščajo na anodi, ker voda to počne hitreje, sprošča kisik.

Katoda in njegove značilnosti

Katoda je negativno napolnjena elektroda (zaradi kopičenja elektrona na njej s prenosom električnega toka). Zato se pozitivni ionski kationi, ki so podvrženi obnovi, premikajo proti njej, to pomeni, da znižujejo oksidacijsko stanje.

Tukaj je za primer pamćenja tudi primerna naslednja shema: katoda "minus" -cation-restoration. Material za katodo je lahko:

• nerjavno jeklo;
• baker;
• ogljik;
• medenina;
• železo;
• aluminij in drugi.

Na tej elektrodi se kovine zmanjšajo na čiste snovi, kar je eden od glavnih načinov njihovega pridobivanja v industriji. Elektroni lahko prenesemo tudi iz anode na katodo, in če je prva topna, se njegovi ioni vrnejo v negativno elektrodo. Pri tem se vodikov kation reducira na plin H₂. Zato je katoda eden najpomembnejših delov v celotni shemi procesa elektrolize snovi.

Elektroliza talitev

S stališča kemije ima obravnavani proces svojo lastno enačbo. S pomočjo tega lahko celotno shemo narišete na papir in predvidite rezultat. Najpomembneje je, kaj je treba upoštevati - prisotnost ali odsotnost vodnega medija in vrsta anode (topna ali ne).

Če je potrebno, da dobimo naslednje izdelke: alkalijske in zemljoalkalijske kovine, alkalije, aluminij, berilij, anione plinov, ki vsebujejo kisik ne more pa biti vprašanje o elektrolizo raztopine elektrolita. Samo talino, ker v nasprotnem primeru zahtevane povezave ne bodo delovale. To je razlog, zakaj v industriji pogosto sintezo teh snovi, ki jih uporabljajo suhe brezvodne soli in hidroksidi.

Na splošno je elektrolizna enačba taline precej preprosta in standardna. Če na primer upoštevate in napišete kalijev jodid, potem je obrazec naslednji:

KI = K⁺ + Jaz^-

Katoda (K) ";": K⁺ + 1e = K⁰

Anoda (A) "+": 2I^- - 2e = I₂⁰

Rezultat postopka: KI = K + I_2.

Podobno se zabeleži elektroliza katere koli kovine, ne glede na vrednost njegovega elektrodnega potenciala.

Elektroliza vodne raztopine

Če govorimo o rešitvah elektrolitov, bo rezultat procesa popolnoma drugačen. Konec koncev, voda postane aktivni udeleženec. Prav tako je sposoben disociacije v ione in praznjenja na elektrodah. Zato v takih primerih, elektrodni potencial ioni. Čim nižja je negativna vrednost, večja je verjetnost hitrejše oksidacije ali zmanjšanja.

Za elektrolizo vodne raztopine velja več pravil, ki jih je treba zapomniti.

1. Anodni procesi: Izpuščajo se samo anioni iz anoksičnih kislin (razen iz fluorovodikove kisline). Če je ion kisik ali fluoridni ion, bo kisik oksidiran.
2. Katodni procesi: kovine v elektrokemijskih napetostnih nizih (do vključno aluminija) na katodi se zaradi visoke kemične aktivnosti ne obnavljajo. Tako se voda sprošča s sproščanjem vodika. Kovine od aluminija do vodika se hkrati zmanjšujejo z vodo do enostavnih snovi. Enaki, ki stojijo po vodiku v vrsti napetosti (nizko aktivni), se zlahka prenesejo na preproste snovi.

Če sledite tem pravilom, lahko prikažete elektrolizo in izračunate donos izdelka. V primeru topne anode se vezje spremeni in postane veliko bolj zapleteno.

Elektroliza soli

Ti procesi se uporabljajo za proizvodnjo čistih kovin in plinov, saj je tehnološko preprost in ekonomsko donosen. Poleg tega izdelki pridejo z visoko stopnjo čistosti, kar je pomembno.

Na primer, elektroliza bakra vam omogoča, da jo hitro dobite v čisti obliki iz katere koli solne raztopine. Najpogosteje se uporablja baker vitriol ali bakrov sulfat (II) -CSU₄.

Tako iz taline kot tudi iz raztopine te soli je mogoče izločiti čisto kovino, kar je nujno v skoraj vseh vejah elektrotehnike in kovinske konstrukcije.

Pomen in uporaba procesa

Elektroliza je zelo pomemben proces. Na podlagi tega so potrebne tehnične operacije temeljile na:

1. Rafiniranje kovin.
2. Elektrorazravje.
3. Galvanizacija.
4. Elektrosinteza.
5. Uporaba antikorozijskih premazov in drugih.