Čo je elektrolýza? Anóda a katóda. Fyzikálno-chemický proces

Po dlhú dobu ľudia sa nepodarilo získať veľa čistých látok vo voľnej forme. Ako je napríklad:

• kovy;
• zásadám;
• atóm chlóru;
• atóm vodíka;
• peroxid vodíka;
• organický chlór a ďalšie.

Dostali buď vysoký obsah nečistôt, z ktorých nebolo možné sa zbaviť, alebo nie syntetizovaný vôbec. Ale spojenie je určený pre použitie v priemysle a každodennom živote veľmi dôležité. Ale s objavom procesu, ako je elektrolýza, úlohou obrovských rozmerov bol vyriešený. V súčasnej dobe sa používa nielen pre syntézu, ale aj pre mnoho ďalších procesov.

Čo je elektrolýza? Ako sa to stane, niektoré z etáp nahromadili, čo je hlavnou výhodou tejto metódy, snažiť sa pochopiť priebeh článku.

Čo je elektrolýza?

Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíme najprv snažiť porozumieť terminológii a niektoré základné fyzikálne a chemické pojmy.

1. DC - orientovaný prúd elektrónov pochádzajúcich z akéhokoľvek zdroja elektrickej energie.
2. Elektrolyt - látka, riešenie, ktoré je schopné viesť elektrický prúd.
3. Elektródy - doska z určitých materiálov, vzájomne prepojených, ktoré prechádzajú elektrinu seba (anóda a katóda).
4. Redoxné reakcie - proces, pri ktorom dochádza k zmene v stupni oxidácie účastníkov. To znamená, že niektoré ióny oxidujú a zvýšenie hodnoty stupňa oxidácie, zatiaľ čo iní sú znížené, je spúšťanie.

Po objasnení všetkých týchto podmienok, môžete odpovedať na otázku, čo je elektrolýza. Tento oxidačno redukčný proces, ktorý zahŕňa priechod jednosmerného prúdu skrz roztok elektrolytu a je ukončená uvoľnením rôznych produktov na elektródach.

Jednoduchá inštalácia, ktoré možno nazvať elektrolyzér, zahŕňa len niekoľko komponentov:

• dva poháre s elektrolytom;
• zdroj prúdu;
• Obe elektródy sú vzájomne prepojené.

Výrobné odvetvie používa oveľa zložitejšie automatizované konštrukcia, ktorá umožňuje získať veľké množstvo produktov - elektrolytické kúpele.

Elektrolýza proces je pomerne zložitý, je predmetom viacerých teoretických zákony a postupuje podľa poradia a pravidiel. Správne predpovedať výsledok, všetky zákony a možný priechod sa naučiť dobre.

Teoretické základy procesu

Najdôležitejšie základné kánony, na ktorom spočíva elektrolýzu - zákony Michael Faraday - slávny fyzik, známy pre jeho prácu v oblasti elektrického prúdu a všetky sprievodné procesy.

Všetky tieto pravidlá dvaja, z ktorých každý opisuje podstatu procesov v elektrolýze.

prvý zákon

Prvý zákon Faraday, vzorec, ktorý je napísaný ako m = ki * Dt, je nasledujúci.

Hmotnosť látky vypúšťané v elektróde je priamo úmerné elektrickej energie, ktorý prešiel elektrolytom.

Vzorec ukazuje, že m - je hmotnosť materiálu, I - intenzita prúdu, At - doba, po ktorú je odovzdaný. Súčasťou je hodnota k, ktorá sa nazýva elektrochemický ekvivalent zlúčeniny. Táto hodnota je závislá na povahe zlúčeniny samotnej. K je číselne rovný hmotnosti látky, ktorá sa uvoľňuje v elektróde prostredníctvom elektrolytu pri priechode jednej jednotky elektrického náboja.

Druhé pravidlo elektrolýzy

Druhé právo Faraday, vzorec, ktorý - m = M * I * Dt / n * F, je nasledujúci. Elektrochemický ekvivalent zlúčeniny (k) je priamo úmerná jeho molárna hmotnosti, a nepriamo úmerná mocnosťou látky.

Vyššie uvedený vzorec je výsledkom stiahnutie všetkých United. Zachytáva podstatu druhého zákona elektrolýzy. M - molárna hmotnosti Zlúčeniny I - intenzita prúdu prešiel pre celý proces, At - celkový čas elektrolýzy, F - Faradayova konštanta, n - elektróny, ktoré sú zapojené do procesu. Ich počet sa rovná náboje iónu, sa zúčastňuje procesu.

Faradayove zákony pomôcť pochopiť, čo je elektrolýza, a pre výpočet potenciálneho výnosu hmotnosti, požadovaného výsledku je predvídať a ovplyvňovať priebeh procesu. Tvorí teoretický základ transformáciou.

Koncept anódou a jej typy

Veľmi dôležité sú pri elektrolýze elektród. Celý proces je závislý na materiáli, z ktorého sú vyrobené, ich špecifický charakter a vlastnosti. Preto považujeme podrobnejšie každý z nich.

Anóda - plus alebo kladnej elektródy. To znamená, že ten, ktorý je pripojený k "+" pólom napájacieho zdroja. V súlade s tým, aby to z roztoku elektrolytu sa bude pohybovať negatívne ióny alebo anióny. Budú tu oxidovať, získavať vyšší stupeň oxidácie.

Preto môžeme nakresliť malú diagram, ktorý vám pomôže spomenúť anodických procesov: anódu "plus" - anióny - oxidácii. Preto existujú dva základné typy elektródy, podľa toho, ktorý sa zmení na konkrétny výrobok.

1. Nerozpustná alebo inertný anóda. Takýto typ obsahuje elektródu, ktorá slúži len na prenos elektrónov a oxidačné procesy, však to nie je spotrebovaná a nerozpustí. Takéto anódy sú z grafitu, irídium, platina, uhlík a tak ďalej. Pomocou týchto elektród, kovy môžu byť vyrobené v čistej plyny (kyslík, vodík, chlór, a tak ďalej).
2. Rozpustná anóda. Keď oxidačné procesy sa rozpustil a ovplyvniť výsledok elektrolýzy. Základné konštrukčné materiály tohto typu elektródy: nikel, meď, kadmium, olovo, cín, zinok a ďalšie. Pomocou týchto anódy potreba pre elektrolytické procesy kovov, galvanické pokovovanie, ochranným povlakom proti korózii, a tak ďalej.

Podstatou procesov prebiehajúcich na kladnej elektróde sa zníži na vypúšťať najviac elektronegativní ióny zmysluplne potenciál. Ivot prečo anióny vodíkové kyseliny a hydroxidu ión, a potom vodou, pokiaľ sa jedná o riešenie. Kyslík obsahujúce anióny vo vodnom roztoku elektrolytu, zvyčajne na anóde nie je vypúšťaný, pretože voda je o to rýchlejšie, uvoľňovať kyslík.

Katóda a jeho charakteristiky

Katóda - je záporne nabitá elektróda (v dôsledku nahromadenia elektrónov na to, keď elektrický prúd). To je dôvod, prečo sa k nemu pohybuje kladne nabité ióny - katióny, ktoré podstupujú rehabilitáciu, to znamená, že zníženie stupňa oxidácie.

K dispozícii je tiež relevantná pre pamätať schému katódové "mínus" - katiónov - oprava. Ako materiál pre katódu zahŕňajú:

• z nerezovej ocele;
• meď;
• uhlíka;
• mosadz;
• železo;
• hliník a ďalšie.

To je na tieto elektróda je na kovy vymáhanie čistých látok, ktorý je jedným z hlavných spôsobov ich výroby priemyselne. Je tiež možné, že prenos elektrónov od anódy ku katóde, a v prípade, že prvý - rozpustný, jeho ióny sú znížené na zápornej elektróde. Tu je obnova katiónov do plynného vodíka _H2. Preto je katóda - je jednou z najdôležitejších častí v celkovom schéme elektrolýzy látok.

elektrolýza tavenín

Z hľadiska chemického procesu uvažovaného má rovnicu. S ním sa dá reprezentovať celý okruh na papieri a predikovať výsledok. Najdôležitejšia vec, ktorú by ste mali venovať pozornosť - prítomnosť alebo neprítomnosť vodného prostredia a typu anódy (rozpustné alebo nie).

V prípade potreby získať nasledujúce produkty: s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín, alkálie, hliník, berýlium, anióny plyny obsahujúce kyslík nemôže potom byť otázkou o elektrolýze roztoku elektrolytu. Len topiť, pretože inak požadované pripojenie nebude fungovať. To je dôvod, prečo v tomto odvetví často syntetizujú tieto látky, za použitia im sušine soli a hydroxidy.

Všeobecne platí, že tavenina elektrolýza rovnica je pomerne jednoduché a štandardné. Napríklad, ak vezmeme do úvahy, a nahrať ju na jodid draselný, pohľad bude nasledujúce:

KI = K ^{+ +} I ^-

Katóda (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Anóda ^{(A) "+": 2I - -} 2e = I ₂ ⁰

Proces Výsledok: Ki = K + I _2.

Podobne, elektrolýza zaznamená žiadny kov, bez ohľadu na jeho elektródy potenciálu.

Elektrolýza vodného roztoku

Pokiaľ ide o elektrolytu riešenie, bude výsledok tohto procesu byť úplne odlišný. Koniec koncov, voda sa stáva aktívnym účastníkom. To je tiež schopné disociovať na ióny a vypúšťaný z elektród. Preto sa v takýchto prípadoch dôležité elektród možných iónov. Než jeho negatívne hodnota nižšia, tým väčšia je pravdepodobnosť, že rýchlejší oxidácia alebo redukcia.

Elektrolýza vodného roztoku sa riadi niekoľkými pravidlami, ktoré musia byť do pamäti.

1. Anodickej procesy: vypúšťané len anióny vodíkových kyselín (okrem fluorovodíka). Ak kyslíkovú iónu alebo fluoridového iónu, potom sa pridá voda bude oxidovať na uvoľnenie kyslíka.
2. Katodická procesy: elektrolytické kovy v elektrochemickej rade napätí (až do a vrátane hliníka) na katóde nie je možné obnoviť v dôsledku vysokej chemickej aktivity. Tým sa voda k uvoľneniu vodíka. Kovy z hliníka na vodík obnoviť súčasne s vodou, aby sa jednoduchými látok. Tie, ktoré sú po vodíkom v elektrochemickej rade (nízka aktivita), ľahko podliehajú redukciu na jednoduché látky.

Ak budete postupovať podľa týchto pravidiel, môžeme vykresliť akúkoľvek elektrolýzu a výpočet výnosu. V prípade, že rozpustné anódy obvodu kolíše a stáva oveľa zložitejšie.

elektrolýza soli

Tieto postupy sa používajú na získanie čistých kovov a plynov, pretože je technologicky jednoduchý a ekonomicky výhodný. Okrem toho produkty sa dodávajú s vysokým stupňom čistoty, čo je dôležité.

Napríklad, elektrolytické získavanie medi z rýchlo ho získať v čistej forme z roztoku akejkoľvek soli. Najčastejšie sa používa síran meďnatý alebo síran meďnatý (II) - CuSO _4.

Ako tavenina alebo roztok soli môže byť získaný čistý kov, ktorý je tak nevyhnutné, prakticky vo všetkých odvetviach elektrických a kovové inžinierstva.

Význam a aplikácie procesu

Elektrolýza - veľmi dôležitý proces. Na základni sú založené sú nevyhnutné technické operácie, ako sú:

1. rafinácie kovu.
2. Electroextraction.
3. Galvanické pokovovanie.
4. Electrosynthesis.
5. Nanášanie protikoróznych náterov a ďalšie.