Τι είναι η ηλεκτρόλυση; Η άνοδος και κάθοδος. Φυσικο-χημικές διεργασίες

Για μεγάλο χρονικό διάστημα οι άνθρωποι δεν καταφέρνουν να πάρετε μια πολύ καθαρές ουσίες σε ελεύθερη μορφή. Όπως για παράδειγμα:

• μέταλλα?
• αλκάλια?
• χλωρο?
• υδρογόνου?
• υπεροξείδιο του υδρογόνου?
• οργανικό χλώριο και άλλα.

Έλαβαν είτε υψηλή περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες, από την οποία ήταν αδύνατο να ξεφορτωθεί, ή δεν συντίθενται καθόλου. Αλλά η σύνδεση είναι πολύ σημαντικό για χρήση στη βιομηχανία και την καθημερινή ζωή. Αλλά με την ανακάλυψη μιας διαδικασίας όπως της ηλεκτρόλυσης, ένα έργο της τεράστιες διαστάσεις έχει επιλυθεί. Σήμερα χρησιμοποιείται όχι μόνο για τη σύνθεση, αλλά και για πολλές άλλες διαδικασίες.

Τι είναι η ηλεκτρόλυση; Όπως συμβαίνει, κάποια από τα στάδια που είχαν συσσωρευτεί, ποιο είναι το κύριο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου, να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε την πορεία του αντικειμένου.

Τι είναι η ηλεκτρόλυση;

Για να απαντήσουμε στο ερώτημα αυτό, θα πρέπει πρώτα να επιδιώξει να κατανοήσουν την ορολογία και ορισμένες βασικές φυσικές και χημικές έννοιες.

1. DC - μια κατευθυνόμενη ροή των ηλεκτρονίων που προέρχονται από οποιαδήποτε πηγή ηλεκτρισμού.
2. Ηλεκτρολυτών - ουσία, διάλυμα το οποίο είναι σε θέση να διεξάγει ένα ηλεκτρικό ρεύμα.
3. Ηλεκτρόδια - πλάκα ορισμένων υλικών, τα οποία διασυνδέονται, τα οποία περνούν ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ίδιοι (ανόδου και καθόδου).
4. Η οξειδοαναγωγική αντίδραση - μια διαδικασία κατά την οποία υπάρχει μια αλλαγή του βαθμού οξείδωσης των συμμετεχόντων. Δηλαδή, κάποια ιόντα οξειδώνονται και να αυξήσει την αξία του βαθμού οξείδωσης, ενώ άλλες μειώνονται, η μείωση αυτή.

Αφού διευκρίνισε όλους αυτούς τους όρους, θα μπορεί να απαντήσει στο ερώτημα του τι είναι η ηλεκτρόλυση. Αυτή η διαδικασία οξειδοαναγωγής, που περιλαμβάνει πέρασμα ενός συνεχούς ρεύματος διαμέσου του διαλύματος ηλεκτρολύτη και τερματίζεται με την απελευθέρωση των διαφόρων προϊόντων στα ηλεκτρόδια.

Εύκολη εγκατάσταση, η οποία μπορεί να ονομάζεται ηλεκτρόλυσης, περιλαμβάνει μόνο μερικά συστατικά:

• δύο ποτήρια με έναν ηλεκτρολύτη?
• μια πηγή ρεύματος?
• δύο ηλεκτρόδια είναι διασυνδεδεμένα.

Η βιομηχανία χρησιμοποιεί ένα πολύ πιο ολοκληρωμένου σχεδιασμού, που επιτρέπει την απόκτηση μεγάλου αριθμού προϊόντων - λουτρά ηλεκτρόλυσης.

διαδικασία ηλεκτρόλυσης είναι αρκετά πολύπλοκο, υπόκειται σε διάφορες θεωρητικές νόμους και προχωρεί σύμφωνα με τη σειρά και τους κανόνες. Για να προβλέψει σωστά το αποτέλεσμα, όλοι οι νόμοι και οι πιθανές πέρασμα για να μάθει καλά.

Οι θεωρητικές βάσεις της διαδικασίας

Οι πιο σημαντικές θεμελιώδεις κανόνες επί των οποίων στηρίζεται η ηλεκτρόλυση - οι νόμοι του Μάικλ Φαραντέι - ο διάσημος φυσικός, γνωστός για το έργο του στον τομέα του ηλεκτρικού ρεύματος και όλα τα συνοδευτικά διαδικασίες.

Όλες αυτές οι κανόνες δύο, καθένα από τα οποία περιγράφει την ουσία των διαδικασιών στην ηλεκτρόλυση.

Ο πρώτος νόμος

Η πρώτη νόμος του Faraday, ο τύπος του οποίου είναι γραμμένο ως m = ki * Δt, είναι ως εξής.

Μάζα ουσία εκκενώνεται στο ηλεκτρόδιο είναι ευθέως ανάλογη με την ηλεκτρική ενέργεια, η οποία έχει περάσει μέσω του ηλεκτρολύτη.

Ο τύπος δείχνει ότι η πι - είναι η μάζα του υλικού, Ι - ένταση του ρεύματος, Δt - χρόνος κατά τον οποίο το περνούν. Επίσης περιλαμβάνεται η τιμή του k, η οποία καλείται η ηλεκτροχημική ισοδύναμο της ένωσης. Αυτή η τιμή εξαρτάται από τη φύση της ίδιας της ένωσης. Κ είναι αριθμητικά ίση με τη μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στο ηλεκτρόδιο μέσω του ηλεκτρολύτη κατά τη διέλευση μία μονάδα ηλεκτρικού φορτίου.

Ο δεύτερος κανόνας της ηλεκτρόλυσης

Ο δεύτερος νόμος του Faraday, ο τύπος του οποίου - m = M * I * Δt / n * F, είναι ως εξής. Μια ηλεκτροχημική ισοδύναμο της ένωσης (k) είναι ευθέως ανάλογη με μοριακή μάζα του, και αντιστρόφως ανάλογη προς το σθένος της ουσίας.

Ο παραπάνω τύπος είναι το αποτέλεσμα της την απόσυρση όλων των Γιουνάιτεντ. Συλλαμβάνει την ουσία του δεύτερου νόμου της ηλεκτρόλυσης. M - μοριακή ενώσεις μάζα, Ι - ένταση ρεύματος πέρασε για όλη τη διαδικασία, Δt - συνολικός χρόνος ηλεκτρόλυσης, F - σταθερά, n του Faraday - ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στη διαδικασία. Ο αριθμός τους είναι ίσο με το φορτίο του ιόντος, έλαβε μέρος στη διαδικασία.

νόμοι του Faraday για να καταλάβουμε τι είναι ηλεκτρόλυση, και για τον υπολογισμό του δυναμικού απόδοσης κατά βάρος, το επιθυμητό αποτέλεσμα είναι να προβλέψει και να επηρεάσει την πορεία της διαδικασίας. Αποτελούν τη θεωρητική βάση των μετασχηματισμών.

Η έννοια της ανόδου και τα είδη της

Πολύ σημαντικό είναι στα ηλεκτρόδια ηλεκτρόλυση. Η όλη διαδικασία είναι εξαρτάται από το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένα, ειδική φύση και τις ιδιότητές τους. Ως εκ τούτου, θεωρούμε πιο αναλυτικά κάθε ένα από αυτά.

Ανόδων - συν ή θετικό ηλεκτρόδιο. Δηλαδή, μια που είναι συνδεδεμένη με το «+» πόλο της πηγής ρεύματος. Κατά συνέπεια, σε αυτό από το διάλυμα ηλεκτρολύτη θα κινηθεί αρνητικά ιόντα ή ανιόντα. Θα οξειδώνουν εδώ, κερδίζοντας ένα υψηλότερο βαθμό οξείδωσης.

Ως εκ τούτου, μπορούμε να βγάλουμε ένα μικρό διάγραμμα που θα σας βοηθήσει να θυμάστε ανοδική διαδικασίες: την άνοδο «συν» - ανιόντα - οξείδωση. Έτσι, υπάρχουν δύο βασικοί τύποι του ηλεκτροδίου, ανάλογα με το ποια θα μετατρέψει ένα συγκεκριμένο προϊόν.

1. Το αδιάλυτο ή αδρανές ανόδου. Αυτού του τύπου περιλαμβάνει ένα ηλεκτρόδιο το οποίο χρησιμεύει μόνο για να μεταφέρουν ηλεκτρόνια και διεργασίες οξείδωσης, ωστόσο δεν καταναλώνεται και όχι διαλυθεί. Τέτοιες άνοδοι κατασκευάζονται από γραφίτη, ιρίδιο, λευκόχρυσος, άνθρακα και ούτω καθεξής. Χρησιμοποιώντας αυτά τα ηλεκτρόδια, τα μέταλλα μπορούν να παραχθούν σε καθαρή αέρια (οξυγόνο, υδρογόνο, χλώριο και ούτω καθεξής).
2. Η διαλυτή άνοδος. Όταν οξειδωτικές διεργασίες αυτός διαλύεται και να επηρεάσει την έκβαση της ηλεκτρόλυσης. Τα βασικά υλικά κατασκευής για αυτό το τύπο του ηλεκτροδίου: νικέλιο, χαλκός, κάδμιο, μόλυβδος, κασσίτερος, ψευδάργυρος και άλλα. Χρησιμοποιώντας αυτά τα άνοδοι χρειάζονται για ηλεκτρολυτικού διεργασίες των μετάλλων, ηλεκτρολυτικής, προστατευτική επικάλυψη κατά της διάβρωσης, και ούτω καθεξής.

Η ουσία των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα στο θετικό ηλεκτρόδιο μειώνεται σε να εκπληρώσει πιο ηλεκτραρνητικό ιόντα ουσιαστικά δυναμικό. Ivot γιατί ανιόντα οξέων υδρογόνου και ιόντων υδροξειδίου, και στη συνέχεια το νερό, εάν είναι μια λύση. Που περιέχει οξυγόνο ανιόντα σε ένα υδατικό διάλυμα ηλεκτρολύτη, γενικά στην άνοδο δεν έχει εκκαθαριστεί, δεδομένου ότι το νερό καθιστά πιο γρήγορα, απελευθερώνοντας οξυγόνο.

Η κάθοδος και τα χαρακτηριστικά του

Η κάθοδος - είναι ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο (λόγω της συσσώρευσης των ηλεκτρονίων σε αυτό όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα). Αυτός είναι ο λόγος για τον κινείται θετικά φορτισμένα ιόντα - κατιόντα που βρίσκονται στο στάδιο της αποκατάστασης, δηλαδή, να μειώσει το βαθμό οξείδωσης.

Υπάρχει επίσης σκόπιμο να θυμηθούμε σύστημα καθόδου «μείον» - κατιόντων - αποκατάστασης. Καθώς το υλικό για την κάθοδο περιλαμβάνουν:

• από ανοξείδωτο χάλυβα?
• χαλκό?
• άνθρακα?
• ορείχαλκο?
• σιδήρου?
• αλουμίνιο και άλλα.

Είναι σε αυτό το ηλεκτρόδιο έρχεται σε ανάκτηση μετάλλων των καθαρών ουσιών, η οποία είναι μία από τις κύριες μεθόδους για την παραγωγή τους βιομηχανικώς. Είναι επίσης δυνατόν η μεταφορά ηλεκτρονίων από την άνοδο προς την κάθοδο, και αν το πρώτο - διαλυτό, τα ιόντα του μειώνεται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο. Εδώ υπάρχει μια αποκατάσταση της κατιόντων σε αέριο υδρογόνο _Η2. Ως εκ τούτου, η κάθοδος - είναι ένα από τα πιο σημαντικά μέρη στο συνολικό σύστημα της ηλεκτρόλυσης των ουσιών.

ηλεκτρόλυση τηγμάτων

Από την άποψη της χημικής διεργασίας υπό εξέταση έχει την εξίσωση της. Με τη δυνατότητα να εκπροσωπεί το σύνολο του κυκλώματος σε χαρτί και να προβλέψει το αποτέλεσμα. Το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να δώσουν προσοχή - την παρουσία ή απουσία του υδάτινου περιβάλλοντος και τον τύπο της ανόδου (διαλυτά ή όχι).

Εάν είναι απαραίτητο για να ληφθούν τα ακόλουθα προϊόντα: αλκαλίων και αλκαλικών γαιών μετάλλων, αλκάλια, αλουμίνιο, βηρύλλιο, ανιόντα αερίων που περιέχουν οξυγόνο δεν μπορεί τότε να είναι ένα ερώτημα σχετικά με την ηλεκτρόλυση του διαλύματος ηλεκτρολύτη. Μόλις λιώσει, γιατί αλλιώς απαιτείται σύνδεση δεν θα λειτουργήσει. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στη βιομηχανία συχνά συνθέσει αυτές τις ουσίες, η χρήση τους άνυδρου αλάτων και υδροξειδίων.

Σε γενικές γραμμές, λιώσει εξίσωση ηλεκτρόλυση είναι αρκετά απλή και τυπική. Για παράδειγμα, αν θεωρήσουμε και να καταγράφει την κατάσταση για ιωδιούχου καλίου, η θέα θα είναι η εξής:

ΚΙ = k ^{+ +} Ι ^-

Η κάθοδος (Κ) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Η άνοδος ^{(Α) "+": 2I - -} 2e = I ₂ ⁰

Αποτέλεσμα Διαδικασία: ΚΙ = K + I _2.

Ομοίως, ηλεκτρόλυση θα καταγράψει οποιοδήποτε μέταλλο, ανεξάρτητα από το δυναμικό του ηλεκτροδίου της.

Η ηλεκτρόλυση του υδατικού διαλύματος

Όταν πρόκειται για ηλεκτρολύτη λύσεις, το αποτέλεσμα της διαδικασίας θα είναι αρκετά διαφορετική. Μετά από όλα, το νερό γίνεται όλο και συμμετέχει ενεργά. Είναι επίσης ικανές διαχωρισμού σε ιόντα και εκκενώνεται από τα ηλεκτρόδια. Ως εκ τούτου, σε τέτοιες περιπτώσεις σημαντικών ηλεκτροδίου δυναμικού ιόντων. Από αρνητική τιμή του είναι χαμηλότερη, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα πιο γρήγορη οξείδωση ή αναγωγή.

Η ηλεκτρόλυση του υδατικού διαλύματος υπόκειται σε πολλούς κανόνες που πρέπει να απομνημονεύονται.

1. Ανοδική Διεργασίες: εκκενώνεται μόνο ανιόντα των οξέων υδρογόνου (εκτός από υδροφθόριο). Εάν ένα ιόν οξυγόνου ή ιόν φθορίου, τότε το νερό θα οξειδώνεται για να απελευθερώσει το οξυγόνο.
2. Οι καθοδικές διεργασίες: ηλεκτρολυτική μετάλλων στην ηλεκτροχημική σειρά (μέχρι και συμπεριλαμβανομένων των αργιλίου) στην κάθοδο δεν μπορεί να αποκατασταθεί λόγω της υψηλής χημικής δραστικότητας. Αυτό καθιστά το νερό να απελευθερώσει υδρογόνο. Μέταλλα από αλουμίνιο σε υδρογόνο αποκατασταθεί ταυτόχρονα με νερό σε απλές ουσίες. Εκείνοι που είναι μετά το υδρογόνο στην ηλεκτροχημική σειρά (χαμηλή δραστηριότητα), υφίστανται εύκολα μείωση σε απλές ουσίες.

Αν ακολουθήσετε αυτούς τους κανόνες, μπορούμε να απεικονίσει οποιοδήποτε ηλεκτρόλυση και τον υπολογισμό της απόδοσης. Στην περίπτωση ενός διαλυτού κυκλώματος ανόδου ποικίλλει και γίνεται πολύ πιο περίπλοκη.

άλατα ηλεκτρόλυση

Αυτές οι διαδικασίες που χρησιμοποιούνται για τη λήψη καθαρά μέταλλα και αέρια, δεδομένου ότι είναι τεχνολογικά απλή και οικονομικά συμφέρουσα. Επιπλέον, τα προϊόντα έρχονται με υψηλό βαθμό καθαρότητας, η οποία είναι σημαντική.

Για παράδειγμα, η ηλεκτρολυτική χαλκού μπορούν να το αποκτήσουν γρήγορα σε καθαρή μορφή από ένα διάλυμα οποιουδήποτε άλατος. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη θειικό χαλκό ή θειικό χαλκό (II) - CuSO _4.

Ως τήγμα ή διάλυμα του άλατος μπορεί να εξαχθεί καθαρό μέταλλο, η οποία είναι τόσο απαραίτητη σχεδόν σε όλους τους τομείς των Ηλεκτρολόγων και μέταλλο μηχανικής.

διαδικασία Σημασία και εφαρμογή

Ηλεκτρόλυση - μια πολύ σημαντική διαδικασία. Στη βάση του βασίζονται οι απαραίτητες τεχνικές εργασίες, όπως:

1. μέταλλο διύλισης.
2. Electroextraction.
3. Ηλεκτρολυτική.
4. Ηλεκτροσύνθεση.
5. Η εφαρμογή των επιστρώσεων κατά της διάβρωσης και άλλα.