физика доклад


Застосування електролізу.

Сутність електролізу.

Електроліз — це окислювально-відновний процес, що протікає наелектродах при проходженні постійного електричного струму через розчинабо розплав електролітів.

Для здійснення електролізу до негативного полюса зовнішнього джерелапостійного струму катод приєднують, а до позитивного полюса — анод,після чого занурюють їх у електролізер з розчином або розплавомелектроліту.

Електроди, як правило, бувають металеві, але застосовуються інеметалічні, наприклад графітові (що проводять струм).

На поверхні електрода, підключеного до негативного полюсаджерела постійного струму (катоді), іони, молекули або атоми приєднуютьелектрони, тобто протікає реакція електрохімічного відновлення. Напозитивному електроді (аноді) відбувається віддача електронів, тобто реакціяокислення. Таким чином, сутність електролізу полягає в тому, що на катодівідбувається процес відновлення, а на аноді — процес окислення.

В результаті електролізу на електродах (катоді і аноді) виділяютьсявідповідні продукти відновлення та окислення, які в залежностівід умов можуть вступати в реакції з розчинником, матеріалом електрода іт. п., — так звані вторинні процеси.

Металеві аноди можуть бути: а) нерозчинними або інертними (Pt, Au,

Ir, графіт або вугілля тощо), при електролізі вони служать лише передавачамиелектронів; б) розчинними (активними); при електролізі вони окислюються.

У розчинах і розплавах різних електролітів є різнойменні познаку іони, тобто катіони і аніони, які знаходяться у хаотичномурусі. Але якщо в такій розплав електроліту, наприклад розплав хлоридунатрію NaCl, опустити електроди й пропускати постійний електричний струм,то катіони Na + будуть рухатися до катода, а аніони Cl— до анода. На катодіелектролізера відбувається процес відновлення катіонів Na + електронамизовнішнього джерела струму:

Na + + e-= Na0

На аноді йде процес окислення аніонів хлору, причому відрив надлишковихелектронів від Cl-здійснюється за рахунок енергії зовнішнього джерела струму:

Cl— e-= Cl0

виділяються електронейтральної атоми хлору з’єднуються між собою,утворюючи молекулярний хлор: Cl + Cl = Cl2, який і виділяється на аноді.

Сумарне рівняння електролізу розплаву хлориду натрію:

2NaCl -> 2Na + + 2Cl—електроліз-> 2Na0 + Cl20

Окислювально-відновне дія електричного струму може бутиу багато разів сильніше дії хімічних окислювачів і відновників.

Змінюючи напругу на електродах, можна створити майже будь-якої сили окислювачі івідновлювачі, якими є електроди електролітичної ванни абоелектролізера.

Відомо, що жоден найсильніший хімічний окислювач не можевідняти у фторид-іона F-його електрон. Але це можливо при електролізі,наприклад, розплаву солі NaF. У цьому випадку на катоді (відновник)виділяється з іонного стану металевий натрій або кальцій:

Na + + e-= Na0 на аноді (окислювач) виділяється іон фтору F-, переходячи знегативного іона у вільний стан:

F— e-= F0; F0 + F0 = F20

Продукти, що виділяються на електродах, можуть вступати між собою вхімічна взаємодія, тому анодна і катодного простірподіляють діафрагмою.

Практичне застосування електролізу.

Електрохімічні процеси широко застосовуються в різних областяхсучасної техніки, в аналітичній хімії, біохімії і т. д. У хімічнійпромисловості електролізом одержують хлор і фтор, луги, хлорат іперхлорат, надсерную кислоту і персульфати, хімічно чисті водень ікисень і т. д. При цьому одні речовини одержують шляхом відновлення накатоді (альдегіди, параамінофенол тощо), інші електроокісленіем на аноді



(хлорат, перхлорат, перманганат калію та ін.)

Електроліз в гідрометалургії є однією з стадій переробкиметаллсодержащего сировини, що забезпечує отримання товарних металів.

Електроліз може здійснюватися з розчинними анодами — процеселектрорафінірованія або з нерозчинними — процес електроекстракціі.

Головним завданням при електрорафінірованіі металів є забезпеченнянеобхідної чистоти катодного металу при прийнятних енергетичнихвитратах.

У кольоровій металургії електроліз використовується для вилучення металів зруд та їх очищення. Електролізом розплавлених середовищ отримують алюміній,магній, титан, цирконій, уран, берилій та ін

Для рафінування (очищення) металу електролізом з нього відливаютьпластини і поміщають їх як анодів в електролізер. При пропущенніструму метал, що підлягає очищенню, піддається анодному розчинення, тобтопереходить в розчин у вигляді катіонів. Потім ці катіони металу розряджаютьсяна катоді, завдяки чому утворюється компактний осад вже чистого металу.

Домішки, що знаходяться в аноді, або залишаються нерозчинними, або переходятьв електроліт і видаляються.

Гальванотехніка — область прикладної електрохімії, що займаєтьсяпроцесами нанесення металевих покриттів на поверхню якметалевих, так і неметалевих виробів при проходженні постійногоелектричного струму через розчини їх солей. Гальванотехніка пожразделяетсяна гальваностегію і гальванопластики.

Гальваностегія (від грец. Покривати) — це електроосадження на поверхнюметалу іншого металу, який міцно зв’язується (зчіплюється) зпокриваються металом (предметом), що служить катодом електролізера.

Перед покриттям вироби необхідно його поверхня ретельно очистити

(знежирити і протруїти), в іншому випадку метал буде осідатинерівномірно, а крім того, зчеплення (зв’язок) металу покриття зповерхнею виробу буде нестійкою. Способом гальваностегіі можна покритидеталь тонким шаром золота або срібла, хрому або нікелю. За допомогоюелектролізу можна наносити найтонші металеві покриття на різнихметалевих поверхнях. При такому способі нанесення покриттів, детальвикористовують як катода, який міститься у розчин солі того металу,покриття з якого необхідно отримати. В якості анода використовуєтьсяпластинка з того ж металу.

Гальванопластика — одержання шляхом електролізу точних, легко відокремлюванихметалевих копій щодо значної товщини з різних якнеметалічних, так і металевих предметів, які називаються матрицями.

За допомогою гальванопластики виготовляють бюсти, статуї і т. д.

Гальванопластика використовується для нанесення порівняно товстихметалевих покриттів на інші метали (наприклад, освіта

«накладного» шару нікелю, срібла, золота і т. д.).

Крім зазначених вище, електроліз знайшов застосування і в інших областях:

отримання оксидних захисних плівок на металах (анодування );

електрохімічна обробка поверхні металевого виробу (поліровка);

електрохімічне фарбування металів (наприклад, міді, латуні, цинку,хрому та ін);

очищення води — видалення з неї розчинних домішок. У результатівиходить так звана м’яка вода (за своїми властивостями наближається додистильованої);

електрохімічна заточка ріжучих інструментів (наприклад, хірургічнихножів, бритв і т.д.).




Предыдущий:

Следующий: