Što je elektroliza? Anode i katode. Fizikalno-kemijskih procesa

Dugo vremena ljudi nisu uspjeli dobiti puno čiste supstance u slobodnoj formi. Kao što su na primjer:

• metali;
• baze;
• hlor;
• vodik;
• vodikov peroksid;
• organski klor i drugi.

Oni su dobili ili visokim sadržajem nečistoća, od kojih je bilo nemoguće da se oslobodi, ili ne sintetiziran na sve. Ali je veza veoma važna za upotrebu u industriji i svakodnevnom životu. Ali uz otkriće procesa, kao što su elektrolize, zadatak ogromnih razmjera je riješen. Danas se koristi ne samo za sintezu, ali i za mnoge druge procese.

Što je elektroliza? Kao što se to dogodi, neki od faze gomilaju, što je glavna prednost ove metode, pokušajte da shvatite tok članka.

Što je elektroliza?

Odgovoriti na ovo pitanje, prvo moramo nastojati da razumiju terminologiju i neke osnovne fizičke i kemijske koncepte.

1. DC - a režirao tok elektrona porijeklom iz bilo kojeg izvora električne energije.
2. Elektrolita - supstanca, od kojih rješenje je u stanju vođenja električne struje.
3. Elektrode - ploča određenih materijala, međusobno povezanih, koji prolaze električne energije preko sebe (anoda i katoda).
4. Redoks reakcije - proces u kojem dolazi do promjene u stepenu oksidacije učesnika. To jest, neki ione oksidiraju i povećati vrijednost stepena oksidacije, dok drugi su smanjeni, smanjujući ga.

Nakon što je pojasnio sve od ovih termina, možete odgovoriti na pitanje šta je elektroliza. Ovaj proces redoks, koji se sastoji prolazi direktnu struju kroz elektrolit rješenje i prestaje oslobađanje različitih proizvoda na elektrodama.

Jednostavna instalacija, koji se može nazvati elektrolizator, uključuje samo nekoliko komponenti:

• dvije čaše sa elektrolita;
• strujni izvor;
• dvije elektrode su međusobno povezani.

Industrija koristi mnogo složeniji automatizirani dizajn, omogućavajući da dobiju veliki broj proizvoda - elektrolize kupke.

Proces elektrolize je prilično složena, je predmet nekoliko teorijskih zakona i prihoda po redosljedu i pravila. Za pravilno predvidjeti ishod, svi zakoni i mogući prolaz da se dobro naučiti.

Teorijske osnove procesa

Najvažniji osnovnih kanona na kojem počiva elektroliza - zakoni Michael Faraday - čuveni fizičar, poznat po svom radu na polju električne struje i svim pratećim procesima.

Sva pravila dva, od kojih svaki opisuje suštinu procesa u elektrolize.

Prvi zakon

Prvi zakon Faraday, čija je formula se piše kao m = kI * Dt, je kako slijedi.

Mase tvari ispuštaju u elektroda je direktno proporcionalan električne energije, koji je prošao kroz elektrolit.

Formula pokazuje da je m - je masa materijala, I - jačina struje, Dt - vrijeme tokom kojeg je prošlo. Također uključena je vrijednost k, koji se naziva elektrokemijske ekvivalent baze. Ova vrijednost ovisi o prirodi samog kompleksa. K je brojčano jednaka masi tvari koja se oslobađa na elektrode kroz elektrolit kad prolazi jedna jedinica električnog napona.

Drugo pravilo elektrolize

Drugi zakon Faraday, od kojih je konfiguracija - m = M * I * Dt / n * F, je kako slijedi. Elektrokemijske ekvivalent jedinjenja (k) je direktno proporcionalan njenom Molarna masa, a obrnuto proporcionalna valenciju supstance.

Gore formula je rezultat povlačenja svih United. To obuhvata suštinu drugog zakona elektrolize. M - Molarna masa jedinjenja, I - intenzitet struje prošlo za cijeli proces, Dt - ukupno vrijeme elektrolize, F - Faraday konstanta, n - elektroni koji su uključeni u taj proces. Njihov broj jednak je zadužen iona, učestvovao u tom procesu.

Faraday zakoni da pomogne shvatiti ono što je elektroliza, i izračunati potencijal prinosa po težini, željeni rezultat je predvidjeti i utiče na tok procesa. Oni čine teorijske osnove transformacije.

Koncept anode i njegove vrste

Vrlo važni su u elektrolize elektroda. Čitav proces ovisi o materijalu od kojeg su izrađeni, njihove specifične prirode i svojstva. Stoga, smatramo da detaljnije u svakoj od njih.

Anoda - plus ili pozitivne elektrode. To jest, onaj koji je priključen na "+" pol izvora energije. U skladu s tim, da je od elektrolita rješenje će se kretati negativnih iona ili aniona. Oni će oksidirati ovdje, dobije veći stupanj oksidacije.

Stoga, možemo izvući malo dijagram koji će vam pomoći zapamtiti anodnog procesa: anode "plus" - anione - oksidacije. Tako postoje dvije osnovne vrste elektrode, ovisno o tome koja će se pretvoriti određeni proizvod.

1. Nerastvorni ili inertnim anode. Takav tip uključuje elektroda koja služi samo za prijenos elektrona i procesima oksidacije, ali se ne troši i ne rastvori. Takve anode izrađene su od grafita, iridija, platine, ugljen i tako dalje. Koristeći ove elektrode, metali mogu biti proizvedeni u čistoj plinova (kisik, vodik, klor i tako dalje).
2. Topljiva anoda. Kada je oksidativni procesi raspušten i utjecati na ishod elektrolize. Osnovni materijali gradnje za ovu vrstu elektrode: nikla, bakra, kadmija, olova, kositra, cinka i drugih. Koristeći ove anode je potrebno za elektrorafinacije procese metala, galvanizaciju, zaštitni sloj protiv korozije, i tako dalje.

Suština procesa koji se odvijaju u pozitivnom elektrode se svodi na ispuštanja najviše elektronegativan iona značajno potencijal. Ivot zašto anjoni vodika kiseline i hidroksid ion, a zatim vodu, ako je to rješenje. Sadrže kiseonik anjone u vodenom otopine elektrolita, uglavnom na anodi ne ispuštaju, jer voda čini brže, oslobađajući kisik.

Katode i njegove karakteristike

Katodi - je negativno nabijenih elektroda (zbog akumulacije elektrona na to kada struja). To je razlog zašto ga kreće pozitivno naelektrisanih jona - kacija koje prolaze kroz rehabilitaciju, to jest, smanjiti stupanj oksidacije.

Tu je i bitno za zapamtiti shema katode "minus" - kacija - oporavak. Kao materijal za katode su:

• od nehrđajućeg čelika;
• bakar;
• ugljen;
• mesinga;
• željeza;
• aluminija i drugih.

To je na ovom elektrode dolazi do metala oporavak čiste supstance, što je jedan od glavnih metoda za njih industrijski proizvodi. Također je moguće transfer elektrona od anode do katode, a ako prvi - topiv, njegova joni su smanjeni na negativne elektrode. Tu i tamo je obnova kacije vodonika H _2. Dakle, katodni - jedan je od najvažnijih dijelova u ukupnoj šemi elektrolize supstanci.

elektrolizu otopi

Sa stanovišta kemijskih procesa koji se razmatra ima svoje jednadžbe. Uz to je moguće da predstavlja cijeli krug na papiru i predvidjeti ishod. Najvažnija stvar koju treba obratiti pažnju - prisustvo ili odsustvo vodenu sredinu i tip anoda (rastvorljiva ili ne).

Ako je potrebno da se dobije sljedeće proizvode: alkalni i zemnoalkalni metali, baze, aluminij, berilij, anjoni gasova sadrže kiseonik ne može onda biti pitanje o elektrolize elektrolita rješenja. Samo topi, jer drugačije ne zahtijevaju veze neće raditi. To je razlog zašto u industriji često sintezu tih tvari, koji ih koriste suho bezvodni soli i hidroksidi.

U principu, topi elektrolize jednadžba je vrlo jednostavan i standarda. Na primjer, ako uzmemo u obzir i snimanje za kalijum jodid, pogled će biti sljedeće:

KI = K ^{+ +} I ^-

Katode (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Anoda ^{(A) "+": 2I - -} 2E = I ₂ ⁰

Proces Ishod: KI = K + I _2.

Slično tome, elektroliza će snimiti bilo koji metal, bez obzira na elektrodni potencijal.

Elektrolize u vodenoj otopini

Kada je u pitanju rastvorima elektrolita, ishod procesa će biti sasvim drugačija. Na kraju krajeva, voda postaje aktivni sudionik. Također je sposoban disosuju u jona i otpušten iz elektroda. Stoga, u takvim slučajevima važno elektrodni potencijal iona. Od svog negativnu vrijednost niža, to je veća vjerojatnost bržeg oksidacije ili redukcije.

Elektroliza je vodeni rastvor je predmet nekoliko pravila koja se moraju napamet.

1. Anodnog Procesi: ispušta samo anjoni vodika kiseline (osim hidrogen fluorid). Ako se ion kisika ili fluorid ion, a zatim voda će se oksidira da oslobodi kisika.
2. Katodnom procesi: elektrolitičke metala u elektrokemijske serije (do i uključujući i aluminija) na katodi se ne mogu vratiti zbog visoke kemijske aktivnosti. To čini da voda oslobodi vodika. Metala iz aluminija na vodonik obnovljena istovremeno sa vodom na jednostavne supstance. Oni koji su nakon vodonik u elektrokemijske serije (niska aktivnost), lako prolaze kroz smanjenje na jednostavne supstance.

Ako pratite ova pravila, ne možemo prikazati bilo elektrolize i izračunati prinos. U slučaju topivih anoda krug varira i postaje mnogo komplikovanije.

elektrolizu soli

Ovi procesi se koriste za dobivanje čiste metale i gasova, jer je tehnološki jednostavna i ekonomski najpovoljnije. Osim toga, proizvodi dolaze s visokim stupnjem čistoće, što je važno.

Na primjer, elektrolitičke bakra brzo mogu dobiti ga u čistom obliku iz rješenje bilo soli. Najčešće se koristi bakar sulfat ili sulfat bakra (II) - CuSO _4.

Kao topljenja ili rješenje soli može izvući čist metal, koja je toliko neophodna u gotovo svim sektorima elektrotehnike i metala inženjering.

Značenje i primjena procesa

Elektroliza - veoma važan proces. U osnovi se temelje su potrebne tehničke poslove, kao što su:

1. metal prerade.
2. Electroextraction.
3. Galvansko.
4. Electrosynthesis.
5. Primjenu antikorozivnih premaza i drugi.