Какво представлява електролизата? Анод и катод. Физико-химичен процес

От дълго време хората не могат да получат много чисти вещества в свободна форма. Такива, например, като:

• метали;
• основи;
• хлоро;
• водород;
• водороден пероксид;
• хлорорганични и други.

Те са получени или с високо съдържание на примеси, които не могат да бъдат унищожени, или изобщо не са синтезирани. Но връзките са много важни за употреба в промишлеността и ежедневието. Но с откриването на такъв процес като електролиза, задачата на огромен мащаб е решена. Днес тя се използва не само за синтез, но и за много други процеси.

Какво представлява електролизата? Как се случва, от кои етапи се формира, какво е основното предимство на този метод, нека се опитаме да разберем хода на статията.

Какво представлява електролизата?

За да се отговори на този въпрос, първо трябва да се обърнем към терминологията и да разберем някои основни физикохимични концепции.

1. Пряк ток е насочен поток от електрони, излъчвани от всеки източник на електроенергия.
2. Електролитът е вещество, чието решение е в състояние да извършва електрически ток.
3. Електроди - плочи от определени материали, свързани помежду си, които позволяват преминаване през електричество (анод и катод).
4. Реакцията на окисление-редукция е процес, при който степента на окисляване на участниците се променя. Това означава, че някои йони окисляват и повишават стойността на степента на окисление, докато други, напротив, се намаляват, намаляват го.

След обяснението на всички тези термини може да се отговори на въпроса за електролизата. Този процес на окисление-редукция се състои в преминаването на постоянен ток през електролитния разтвор и завършва с отделянето на различни продукти върху електродите.

Най-простата инсталация, която може да се нарече електролитна клетка, включва само няколко компонента:

• две чаши с електролит;
• източник на ток;
• два електрода, свързани помежду си.

В индустрията той използва много по-сложни автоматизирани проекти, които позволяват да се произвеждат големи количества продукти - резервоари за електролиза.

Процесът на електролиза е доста сложен, подлежащ на няколко теоретични закона и приходи според установените процедури и правила. За да се предскаже правилно нейният резултат, е необходимо ясно да се разберат всички модели и възможни варианти на преминаване.

Теоретична основа на процеса

Най-важните основни канони, на които се провежда електролизата, са законите на известния учен-физик Майкъл Фарадей, известен с работата си в областта на изучаването на електрическия ток и всички съпътстващи процеси.

Общо взето, съществуват две такива правила, всеки от които описва същността на процесите, протичащи по време на електролизата.

Първият закон

Първият Законът на Фарадей, формулата на която е написана като m = kI * Delta-t, гласи следното.

Масата на веществото, освободено върху електрода, е пряко пропорционално на електричеството, преминало през електролита.

От формулата може да се види, че m е масата на веществото, аз съм сегашната сила, Delta-t е времето, през което е пропуснато. Съществува и стойност на k, която се нарича електрохимичен еквивалент на съединението. Тази стойност зависи от природата на самата съставка. Числено, k е равно на масата на веществото, което се отделя на електрод, когато една единица електрически заряд преминава през електролита.

Второто правило за електролиза

Вторият закон Фарадей, чиято формула е m = M * I * Delta-t / n * F, гласи следното. Електрохимичният еквивалент на съединение (k) е директно пропорционален на неговата моларна маса и обратно пропорционален на валентността на веществото.

Горната формула е резултат от извличането от всички комбинирани. Тя отразява същността на втория закон за електролизата. М е моларната маса на съединението, I е силата на тока, преминаващ през целия процес, Делта-t е времето на пълна електролиза, F е константата на Фарадей, а п е електроните, които са участвали в процеса. Техният брой е равен на заряда на йон, който участва в процеса.

Законите на Фарадей подпомагат разбирането на електролизата, както и да се изчисли възможният добив на продукта по маса, да се предскаже необходимия резултат и да се повлияе на хода на процеса. Те представляват теоретичната основа на разглежданите трансформации.

Концепцията за анода и неговите видове

Електродите са много важни при електролизата. Целият процес зависи от материала, от който са направени, от техните специфични свойства и характер. Ето защо ние разглеждаме по-подробно всеки един от тях.

Анодът е плюс или положителен електрод. Това означава, че се присъединява към "+" полюс на източника на енергия. Съответно, към него от електролитен разтвор Отрицателните йони или аниони ще се движат. Те ще бъдат окислени тук, придобивайки по-висока степен на окисляване.

Ето защо можете да представите малка схема, която ще ви помогне да запомните анодните процеси: анод "плюс" - аниони - оксидация. Има два основни типа на този електрод, в зависимост от това, дали ще се произвежда този продукт.

1. Неразтворим или инертен анод. За този тип се използва електрод, който служи само за пренос на електрони и окислителни процеси, но той не се консумира и не се разтваря. Такива аноди са изработени от графит, иридий, платина, въглища и т.н. Чрез използването на такива електроди е възможно да се получат метали в чиста форма, газове (кислород, водород, хлор и т.н.).
2. Разтворим анод. При окислителни процеси той се разтваря и влияе върху резултата от всяка електролиза. Основните материали, от които се произвеждат този тип електроди: никел, мед, кадмий, олово, калай, цинк и др. Използването на такива аноди е необходимо за процесите на електрорефриране на метали, галванично покритие, прилагане на защитни покрития срещу корозия и т.н.

Същността на всички процеси, протичащи на положителния електрод, се свежда до изхвърлянето на най-електронетрактивните йони в потенциалната стойност. Ivot защо се прави аниони на аноксични киселини и хидроокисни йони, а след това вода, когато става дума за решение. Кислородсъдържащите аниони във водния разтвор на електролита обикновено не се отделят от анода, тъй като водата го прави по-бързо, освобождавайки кислорода.

Катод и неговите характеристики

Катодът е отрицателно зареден електрод (поради натрупването на електрони върху него чрез преминаване на електрически ток). Ето защо положителните йони-катиони, които се подлагат на възстановяване - се придвижват към него, т.е. понижават окислителното състояние.

Тук, за запаметяване, е подходяща и следната схема: катод "минус" - възстановяване на ката. Материалът за катода може да бъде:

• неръждаема стомана;
• мед;
• въглерод;
• месинг;
• желязо;
• алуминий и др.

На този електрод металите се свеждат до чисти вещества, което е един от основните начини за тяхното получаване в промишлеността. Възможно е също така да се прехвърлят електрони от анода към катода, а ако първият е разтворим, тогава неговите йони се възстановяват до отрицателния електрод. Тук водородните катиони се редуцират до газа Н₂. Ето защо катодът е една от най-важните части в общата схема на процеса на електролиза на веществата.

Електролиза на стопилки

От гледна точка на химията разглежданият процес има свое уравнение. С помощта на него можете да начертаете цялата схема на хартия и да очаквате резултата. Най-важното е, какво трябва да се обърне внимание - наличието или отсъствието на водна среда и вида на анода (разтворим или не).

Ако е необходимо да се произведат следните продукти: алкални и алкалоземни метали, основи, алуминий, берилий, газове от кислородсъдържащи аниони, тогава не може да се говори за електролиза на електролитния разтвор. Само разтопяване, защото в противен случай необходимите връзки няма да работят. Ето защо често промишлеността синтезира изброените вещества, като използва техните безводни сухи соли и хидроксиди.

По принцип уравнението на електролиза на стопилката изглежда доста просто и стандартно. Например, ако го помислите и го запишете калиев йодид, след това формулярът е, както следва:

KI = K⁺ + аз^-

Катод (К) ";": К⁺ + 1е = К⁰

Анод (А) "+": 2I^- - 2е = I₂⁰

Резултатът от процеса: KI = K + I_2.

По същия начин електролизата на всеки метал ще бъде записана, независимо от стойността на потенциала му за електрод.

Електролиза на воден разтвор

Ако говорим за решения на електролити, резултатът от процеса ще бъде напълно различен. В крайна сметка водата става активен участник. Също така е способен да се раздели на йони и да изхвърли електродите. Следователно, в такива случаи, потенциала на електрода йони. Колкото по-ниска е неговата отрицателна стойност, толкова по-голяма е вероятността от по-бързо окисляване или намаляване.

Електролизата на водния разтвор е предмет на няколко правила, които трябва да се запомнят.

1. Анодни процеси: Изхвърлят се само аниони на аноксични киселини (с изключение на флуороводород). Ако йонът съдържа кислород или флуорид-йон, тогава кислородът ще бъде окислен.
2. Катодни процеси: металите в серията електрохимични напрежения (до алуминий включително) в катода не се възстановяват поради висока химическа активност. Това прави водата с отделянето на водород. Металите от алуминий до водород се редуцират едновременно с водата до обикновените вещества. Същите, които стоят след водорода в поредица от напрежения (ниско активни), лесно преминават през възстановяване на прости вещества.

Ако спазвате тези правила, можете да представите всяка електролиза и да изчислите добива на продукта. В случай на разтворим анод веригата се променя и става много по-сложна.

Електролиза на соли

Тези процеси се използват за производство на чисти метали и газове, тъй като са технологично прости и икономически изгодни. В допълнение, продуктите излизат с висока степен на чистота, което е важно.

Например, електролизата на мед ви позволява бързо да я получите в чиста форма от всеки разтвор на сол. Най-често използвани меден витриол или меден сулфат (II) -CuSO₄.

Както от стопилката, така и от разтвора на тази сол е възможно да се извлече чист метал, който е толкова необходим в почти всички отрасли на електротехниката и металната конструкция.

Значение и приложение на процеса

Електролизата е много важен процес. Въз основа на това необходимите технически операции се основават на:

1. Рафиниране на метали.
2. Електроекстракция.
3. Галванопластика.
4. Electrosynthesis.
5. Нанасяне на антикорозионни покрития и други.