Kio estas elektrolizo? Anodo kaj katodo. Fizika-kemia procezo

Dum longa tempo homoj ne povis akiri multajn purajn substancojn en senpaga formo. Tiaj, ekzemple, kiel:

• Metaloj;
• Alkalis;
• Kloro;
• Hidrogeno;
• Peróxido de hidrogeno;
• Clororganica kaj aliaj.

Oni akiris ilin kun alta enhavo de malpurecoj, kiuj ne povis esti forĵetitaj aŭ tute ne sintezitaj. Sed la rilatoj estas tre gravaj por uzo en industrio kaj ĉiutaga vivo. Sed kun la malkovro de tia procezo kiel elektrolizo, la tasko de grandega skalo estis solvita. Hodiaŭ ĝi estas uzata ne nur por sintezo, sed ankaŭ por multaj aliaj procezoj.

Kio estas elektrolizo? Kiel okazas, el kiu etapoj estas formitaj, kio estas la ĉefa avantaĝo de ĉi tiu metodo, ni provu kompreni la kurson de la artikolo.

Kio estas elektrolizo?

Por respondi ĉi tiun demandon, oni devas unue turniĝi al la terminologio kaj kompreni iujn bazajn fizikŝemiajn konceptojn.

1. La rekta fluo estas direktita fluo de elektronoj emanantaj el iu ajn fonto de elektro.
2. Elektrolito estas substanco kies solvo kapablas konduki elektran fluon.
3. Elektrodoj - telero de iuj materialoj, interkonektitaj, kiu pasas elektro tra ili (anodo kaj katodo).
4. La reago de oxidado-reduktado estas procezo, en kiu la grado de oxidado de partoprenantoj ŝanĝas. Tio estas, iuj jonoj oxidigas kaj pliigas la valoron de la grado de oxidado, dum aliaj, kontraŭe, estas reduktitaj, malpliigante ĝin.

Post klarigado de ĉiuj ĉi tiuj terminoj, oni povas respondi la demandon pri kio estas elektrolizo. Ĉi tiu oxidado-redukto-procezo konsistas el pasi rektan fluon tra la elektrolitika solvo kaj finiĝante kun la liberigo de malsamaj produktoj sur la elektrodoj.

La plej simpla instalado, kiu povas esti nomata elektrolitika ĉelo, inkluzivas nur kelkajn erojn:

• Du glasoj kun elektrolito;
• Nuna fonto;
• Du elektrodoj konektitaj unu al la alia.

En la industrio, ĝi uzas multe pli kompleksajn aŭtomatajn dezajnojn, kiuj ebligas produkti grandajn kvantojn da produktoj - elektrolizaj tankoj.

La procezo de elektrolizo estas iom komplika, ĝi obeas plurajn teoriajn leĝojn kaj enspezojn laŭ laŭordigitaj proceduroj kaj reguloj. Por antaŭdiri ĝuste ĝian rezulton, necesas klare kompreni ĉiujn ŝablonojn kaj eblajn variantojn.

Teoria bazo de la procezo

La plej gravaj fundamentaj kanonoj, pri kiuj efektive elektrolizo estas la leĝoj de Michael Faraday, la fama scienc-fizikisto, konata pro sia laboro en la kampo de studado de elektra fluo kaj ĉiuj akompanantaj procezoj.

Entute, estas du tiaj reguloj, kiuj ĉiuj priskribas la esencon de la procezoj kiuj okazas dum elektrolizo.

La Unua Leĝo

La unua leĝo de Faraday, la formulo de kiu estas skribita kiel m = ki * Δt, estas jene.

La maso de la substanco liberigita ĉe la elektrodo estas rekte proporcia al la elektro, kiu trapasis la elektroliton.

Ĝi povas esti vidita de la formulo, ke m estas la maso de la substanco, mi estas la nuna forto, kaj Δt estas la tempo, dum kiu ĝi pasis. Estas ankaŭ valoro de k, kiu estas nomata la elektrokemia ekvivalento de la komponaĵo. Ĉi tiu valoro dependas de la naturo de la komponaĵo mem. Ĝenerale, k estas egala al la maso de la substanco liberigita sur la elektrodo kiam unu unuo de elektra ŝarĝo pasas tra la elektrolito.

La dua regulo de elektrolizo

La dua Faraday-leĝo, kies formulo estas m = M * I * Δt / n * F, legas jene. La ekvivalenta elektrokemiaĵo de komponaĵo (k) estas rekte proporcia al sia molar maso kaj inverse proporcia al la valencia de la substanco.

La supre formulo estas la rezulto de derivado de ĉiuj kombinitaj. Ĝi reflektas la esencon de la dua leĝo de elektrolizo. M estas la molar maso de la komponaĵo, mi estas la forto de la nuna pasinta tra la tuta procezo, Δt estas la tempo de la tuta elektrolizo, F estas la konstanta Faraday, kaj n estas la elektronoj kiuj partoprenis en la procezo. Ilia nombro estas egala al la posteno de la jono, kiu partoprenis en la procezo.

La leĝoj de Faraday helpas kompreni kio estas elektrolizo, kaj ankaŭ kalkuli la ebla rendimento de la produkto per maso, antaŭdiri la necesan rezulton kaj influi la kurson de la procezo. Ili konstituas la teorian bazon de la transformoj en konsidero.

La koncepto de la anodo kaj ĝiaj tipoj

Elektrodoj estas tre gravaj en elektrolizo. La tuta procezo dependas de la materialo, el kiu ili estas faritaj, sur siaj specifaĵoj kaj karakteroj. Sekve, ni konsideras pli detale ĉiun el ili.

Anodo - pli, aŭ pozitiva elektrodo. Tio estas, unu, kiu kunigas la "+" poluson de la potenca fonto. Laŭe, al ĝin de la electrolito solvo movos negativajn jonojn aŭ anjonoj. Ili oxidos ĉi tie, akirante pli altan gradon da oxidado.

Sekve, vi povas prezenti malgrandan planon, kiu helpos enmemorigi la anodajn procezojn: anodo "plus" - anions - oxidation. Estas du ĉefaj specoj de ĉi tiu elektrodo, laŭ kiu ĉi tiu aŭ tiu produkto ricevos.

1. Nekonata, aŭ inerta anodo. Elektodo estas uzata por ĉi tiu tipo, kiu servas nur por translokigo de elektronoj kaj oxidaciaj procezoj, sed ĝi mem ne konsumas kaj ne solvas. Tiaj anodoj estas faritaj el grafito, iridio, plateno, karbo ktp. Uzante tiajn elektrodojn, ĝi eblas akiri metalojn en pura formo, gasoj (oksigeno, hidrogeno, kloro, ktp.).
2. Solva anodo. En oxidantaj procezoj, ĝi solvas sin kaj efikas la rezulton de ĉiuj elektrolizo. La ĉefaj materialoj el kiuj tiaj elektrodoj estas faritaj estas nikelo, kupro, kadmio, plumbo, stano, zinko kaj aliaj. La uzo de tiaj anodoj estas necesa por la procezoj de elektrorefinaj metaloj, elektroformado, aplikante protektajn tavolojn kontraŭ korodo, kaj tiel plu.

La esenco de ĉiuj procezoj okazantaj sur la pozitiva elektrodo estas reduktita al la malŝarĝo de la plej elektronikaj jonoj en la ebla valoro. Iru kial ĉi tio fariĝas anoj de anoksaj acidoj kaj hidroksido, kaj tiam akvo, kiam ĝi venas al la solvo. Oksigeno-enhavantaj anoj en la akva solvo de la elektrolito ĝenerale ne malŝarĝas ĉe la anodo, ĉar akvo faras ĉi tion pli rapide, liberigante oksigenon.

Katodo kaj ĝiaj trajtoj

Katodo estas negative ŝarĝita elektrododo (pro la amasigo de elektronoj sur ĝi per pasanta elektra fluo). Jen kial pozitivaj jonoj-kazoj, kiuj suferas restarigon, moviĝas al ĝi, tio estas, ili malpliigas la oxidiĝon.

Ĉi tie, por enmemorigi, la sekva skemo ankaŭ taŭgas: katodo "minus" -cation-restarigo. La materialo por la katodo povas esti:

• Neoksidebla ŝtalo;
• Kupro;
• Karbono;
• Latuno;
• Fero;
• Aluminio kaj aliaj.

Ĝi estas sur ĉi tiu elektrodo, ke metaloj estas reduktitaj al puraj substancoj, kiu estas unu el la ĉefaj manieroj de akiri ilin en industrio. Ĝi ankaŭ eblas translokigi elektronojn de la anodo al la katodo, kaj se la unua estas solvebla, tiam ĝiaj jonoj estas restarigitaj sur la negativa elektrodo. Jen hidrogenaj katalogoj reduktiĝas al la H2-gaso. Sekve, la katodo estas unu el la plej gravaj partoj en la entuta skemo de la procezo de elektrolizo de substancoj.

Electrolizo de fandoj

Ekde la vidpunkto de la kemio, la procezo en konsidero havas sian propran ekvacion. Kun la helpo de ĝi, vi povas desegni la tutan skemon en papero kaj antaŭvidi la rezulton. Plej grave, kion oni devas atenti - la ĉeesto aŭ foresto de akva mezo kaj la tipo de anodo (solvebla aŭ ne).

Se necesas produkti la sekvajn produktojn: alkalaj kaj alkalaj teroj, alkalisoj, aluminio, berilio, gasoj de oksigeno-enhavantaj anoj, tiam ne povas paroli pri elektrolizo de la elektrolito. Nur la fandado, ĉar alie la bezonataj ligoj ne funkcios. Tial ofte la industrio sintezas la listigitajn substancojn, uzante siajn anhydrajn sekajn salojn kaj hidroksidojn.

Ĝenerale, la ekvacio de fandita elektrolizo aspektas sufiĉe simpla kaj norma. Ekzemple, se ni konsideras kaj registri ĝin por kalio yoduro, la vido estos la sekvaj:

KI = K ^{+ +} I ^-

La katodo (K) "-" K ⁺ K + 1 kaj = ⁰

La anodo ^{(A) "+": 2I - -} 2e = Mi ₂ ⁰

Procezo Rezulto: KI = K + I _2.

Simile, elektrolizo de iu ajn metalo estos registrita, sendepende de la valoro de ĝia elektrododo.

Electrolizo de solva akvo

Se ni parolas pri solvoj de elektrolitoj, la rezulto de la procezo estos sufiĉe malsama. Post ĉio, akvo fariĝas aktiva partoprenanto. Ĝi ankaŭ kapablas disiĝi en jonojn kaj liberigi ĉe la elektrodoj. Sekve, en tiaj kazoj gravaj elektrodo potencialo jonoj. La pli malalta ĝia negativa valoro, pli granda estas la probablo de pli rapida oxidado aŭ redukto.

La elektrolizo de la akva solvo estas submetita al pluraj reguloj, kiuj devas esti memoritaj.

1. Anodaj procezoj: Nur anoj de anoxiaj acidoj (krom hidrofluoriko) estas liberigitaj. Se la ion estas enhavanta oksigenon aŭ fluoridion, tiam akvo estos oxidigita per liberigo de oksigeno.
2. Katodaj procezoj: metaloj en la elektrokemia streso-gamo (ĝis aluminio inkluzivanta) sur la katodo ne estas restarigitaj pro alta kemia aktiveco. Ĉi tio faras akvon kun la liberigo de hidrogeno. Metaloj el aluminio ĝis hidrogeno estas reduktitaj samtempe kun akvo al simplaj substancoj. La samaj, kiuj staras post hidrogeno en serio da streĉiĝoj (malaltaj aktivaj), facile suferas restarigon al simplaj substancoj.

Se vi sekvas ĉi tiujn regulojn, vi povas prezenti iun elektrolizon kaj kalkuli la produktadon de la produkto. En la kazo de solvebla anodo, la cirkvito ŝanĝas kaj fariĝas multe pli kompleksa.

Electrolizo de saloj

Ĉi tiuj procezoj estas uzataj por produkti purajn metalojn kaj gasojn, ĉar ĝi estas teknologie simpla kaj ekonomie profita. Krome, la produktoj eliras kun alta grado de pureco, kio estas grava.

Ekzemple, elektrolizo de kupro permesas rapide akiri ĝin en pura formo de solvo de ia salo. La plej kutime uzata kupro sulfato aŭ sulfato de kupro (II) - Cuso _4.

Ambaŭ el la fandado kaj el la solvo de ĉi tiu salo eblas ĉerpi purajn metalaĵojn, kiuj estas tiel necesaj en preskaŭ ĉiuj branĉoj de elektra inĝenierado kaj metala konstruo.

Graveco kaj apliko de la procezo

Electrolizo estas tre grava procezo. Surbaze tiaj necesaj teknikaj operacioj estas bazitaj, kiel:

1. Rifinado de metaloj.
2. Electroextraktado.
3. Electroplating.
4. Electrosíntesis.
5. Apliko de anticorrosion revestimientos kaj aliaj.