Hva er elektrolyse? Anoden og katoden. Fysikalsk-kjemisk prosess

For lenge folk ikke klarer å få en masse rene stoffer i fri form. Slik som for eksempel:

• metaller;
• alkalier;
• klor;
• hydrogen;
• hydrogenperoksid;
• organisk klor og andre.

De fikk enten et høyt innhold av urenheter, som det var umulig å bli kvitt, eller ikke syntetisert i det hele tatt. Men tilkoblingen er svært viktig for bruk i industrien og hverdagsliv. Men med oppdagelsen av en prosess slik som elektrolyse, har en oppgave av enorme dimensjoner blitt løst. I dag brukes det ikke bare for syntese, men også for mange andre prosesser.

Hva er elektrolyse? Når det skjer, noen av de stadier stablet opp, hva er den viktigste fordelen med denne metoden, prøve å forstå løpet av artikkelen.

Hva er elektrolyse?

For å besvare dette spørsmålet, må vi først forsøke å forstå terminologien og noen grunnleggende fysiske og kjemiske begreper.

1. DC - en rettet strøm av elektroner som stammer fra hvilken som helst kilde til elektrisitet.
2. Elektrolytt - substans, løsning som er istand til å lede en elektrisk strøm.
3. Elektroder - plate av visse materialer, innbyrdes forbundne, som passerer strøm gjennom seg selv (anode og katode).
4. Redoksreaksjonen - en prosess hvor det er en endring i graden av oksydasjon av deltakerne. Det vil si at noen ioner oksyderes og øke verdien av graden av oksydasjon, mens andre er redusert, redusere den.

Etter å ha avklart alle disse vilkårene, kan du svare på spørsmålet om hva som er elektrolyse. Dette redox-prosessen, som omfatter å føre en likestrøm gjennom elektrolyttoppløsningen og blir avsluttet ved frigivelse av forskjellige produkter ved elektrodene.

Enkel installasjon, som kan kalles elektrolysør, innebærer bare noen få komponenter:

• to glass med en elektrolytt;
• en strømkilde;
• to elektroder er forbundet med hverandre.

Industrien bruker en mye mer integrert design, slik at for å få et stort antall produkter - elektrolyse bad.

elektrolysen er forholdsvis komplisert, er gjenstand for flere teoretiske lover og forløper i samsvar med rekkefølgen og regler. Å forutsi utfallet riktig, alle lover og mulig passasje som skal læres godt.

Det teoretiske grunnlaget for prosessen

De viktigste grunnleggende kanoner som hviler elektrolyse - lover Michael Faraday - den berømte fysikeren, kjent for sitt arbeid innen elektrisk strøm og alle tilhørende prosesser.

Alle slike regler to, som hver beskriver essensen av prosessene i elektrolyse.

Den første loven

Den første lov av Faraday, formelen som er skrevet som m = K ^ * At, er som følger.

Masse stoff tømmes ut ved elektroden er direkte proporsjonal med elektrisitet, som har passert gjennom elektrolytten.

Formelen viser at m - er massen av materialet, I - strømintensitet, At - tid under hvilken den er passert. Også inkludert er verdien for k, som kalles den elektrokjemiske ekvivalent av forbindelsen. Denne verdien avhenger av arten av forbindelsen selv. K er numerisk lik massen av det stoff som er frigjort ved elektroden gjennom elektrolytten som passerer en enhet av elektrisk ladning.

Den andre regelen for elektrolyse

Den andre lov Faraday, formelen hvor - m = M * I * At / n * F, er som følger. En elektrokjemisk ekvivalent av forbindelsen (k) er direkte proporsjonal med dens molare masse, og omvendt proporsjonal med valensen av stoffet.

Formelen ovenfor er et resultat av tilbaketrekking av alle United. Det fanger essensen av den andre loven om elektrolyse. M - molar masse forbindelser, I - strømstyrke føres for hele prosessen, At - total elektrolysetid, F - Faradays konstant, n - elektroner som er involvert i prosessen. Deres antall er lik ladningen av ionet, tok del i prosessen.

Faraday lover til å forstå hva som er elektrolyse, og for å beregne den potensielle avkastningen i vekt, er det ønskede resultat å forutse og påvirke løpet av prosessen. De utgjør den teoretiske grunnlag av transformasjonene.

Konseptet av anoden og dens typene

Svært viktig er i elektrolyse elektroder. Hele prosessen er avhengig av materialet som de er laget, deres spesifikke natur og egenskaper. Derfor vurderer vi nærmere hver av dem.

Anode - pluss eller positive elektrode. Det vil si, en som er festet til "+" pol av strømkilden. Følgelig, til den fra elektrolyttløsningen vil bevege negative ioner eller anioner. De vil oksidere her, få en høyere grad av oksidasjon.

Derfor kan vi trekke litt diagram som vil hjelpe å huske anode prosesser: en anode "pluss" - anioner - oksidasjon. Således er det to grunnleggende typer elektro, avhengig av hva som vil slå et bestemt produkt.

1. Det uoppløselige eller inert anode. En slik type innbefatter en elektrode som bare tjener til å overføre elektroner og oksidasjonsprosesser, men det ikke forbrukes og ikke oppløst. Slike anoder er laget av grafitt, iridium, platina, karbon og så videre. Ved hjelp av disse elektroder, kan metallene som produseres i rene gasser (oksygen, hydrogen, klor og så videre).
2. Den oppløselige anode. Når oksidative prosesser han oppløst og påvirke utfallet av elektrolysen. De grunnleggende konstruksjonsmaterialene for denne type elektrode: nikkel, kobber, kadmium, bly, tinn, sink og andre. Ved hjelp av disse anoder behov for elektroraffineringsprosesser av metaller, elektroplettering, beskyttende belegg mot korrosjon, og så videre.

Essensen av prosessene som forekommer ved den positive elektrode er redusert til å slippe ut mest elektronegative ioner meningsfull potensial. Ivot hvorfor anioner hydrogensyrer og hydroksydion, og deretter vann, hvis det er en løsning. Oksygen-inneholdende anioner i en vandig elektrolyttoppløsning, vanligvis ved anoden ikke er utladet, siden vannet gjør den raskere frigjør oksygen.

Katoden og dens egenskaper

Katoden - er en negativt ladet elektrode (på grunn av opphopning av elektroner på den når en elektrisk strøm). Det er derfor for ham å flytte positivt ladede ioner - kationer som er under rehabilitering, det vil redusere graden av oksidering.

Det er også relevant å huske ordningen katode "minus" - kation - utvinning. Som materiale for katoden omfatter:

• rustfritt stål;
• kobber;
• karbon;
• messing;
• jern,
• aluminium og andre.

Det er på denne elektrode gjelder metaller utvinning av rene substanser, som er en av de viktigste fremgangsmåter for fremstilling av dem industrielt. Det er også mulig overføring av elektroner fra anoden til katoden, og hvis den første - løselige, er dens ioner reduseres på den negative elektrode. Her er det en gjenopprettelse av kationer til hydrogengass _H2. Derfor katoden - er en av de viktigste delene i den generelle ordningen med elektrolyse av stoffer.

elektrolyse av smelter

Fra synspunktet kjemisk prosess som betraktes har sin ligning. Med det mulig å representere hele kretsen på papir og å spå utfallet. Det viktigste du bør ta hensyn til - tilstedeværelse eller fravær av vannmiljøet og typen av anoden (løselig eller ikke).

Dersom det er nødvendig for å oppnå de følgende produkter: alkali- og jordalkalimetaller, alkalier, aluminium, beryllium, anioner av oksygenholdige gasser kan da ikke være et spørsmål om elektrolyse av elektrolyttoppløsningen. Bare smelter, fordi ellers nødvendige tilkoblinger ikke vil fungere. Det er derfor i industrien ofte syntetisere disse forbindelsene, anvendelse av dem tørre vannfrie salter og hydroksyder.

Generelt smelte elektrolyse ligningen er ganske enkel og standard. For eksempel, hvis vi tenker på og ta det for kalium iodide, vil utsikten være følgende:

KI = K ^{+ +} I ^-

Katoden (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Anoden ^{(A) "+": 2I - -} 2e = I ₂ ⁰

Prosess Utfall: KI = K + I _2.

Tilsvarende vil elektrolyse registrere alle metall uavhengig av elektrodepotensial.

Elektrolyse av den vandige oppløsningen

Når det kommer til elektrolytt løsninger, vil utfallet av prosessen være ganske annerledes. Tross alt er vann bli en aktiv deltaker. Det er også istand til å dissosiere til ioner og slippes ut fra elektrodene. Derfor i slike tilfeller viktig elektrodepotensial ioner. Enn dens negative verdi er lavere, jo større er sannsynligheten for mer hurtig oksydasjon eller reduksjon.

Elektrolyse av den vandige oppløsning er underlagt flere regler som må huskes.

1. Anodiske Prosesser: slippes bare anioner av hydrogensyrer (unntatt hydrogenfluorid). Dersom et oksygenion eller fluorid-ion, så vil vann oxyderes for å frigjøre oksygen.
2. Den katodiske prosesser: for elektrolytisk utvinning av metaller i spenningsrekken (opp til og inkluderende av aluminium) på katoden kan ikke gjenopprettes på grunn av den høye kjemiske aktivitet. Dette gjør vannet for å frigjøre hydrogen. Metaller fra aluminium til hydrogen restaurert samtidig med vann til enkle stoffer. De som er efter hydrogen i spenningsrekken (lav aktivitet), lett undergår reduksjon til enkle stoffer.

Hvis du følger disse reglene, kan vi skildre noen elektrolyse og beregne avkastningen. I tilfelle av en oppløselig anode-krets varierer og blir mye mer komplisert.

elektrolyse salter

Disse fremgangsmåter er anvendt for å oppnå rene metaller og gass, da det er teknologisk enkel og økonomisk fordelaktig. I tillegg er produktene kommer med en høy renhetsgrad, noe som er viktig.

For eksempel kan elektroutvinning av kobber raskt å oppnå den i ren form fra en oppløsning av et hvilket som helst salt. Den mest vanlig anvendte kobbersulfat eller kobbersulfat (II) - _CuSO4.

Som en smelte eller oppløsning av saltet kan utvinnes rent metall, som er så nødvendig i praktisk talt alle sektorer av elektriske og metallteknikk.

Betydning og anvendelse prosess

Elektrolyse - en svært viktig prosess. Ved sin basis er basert er de nødvendige tekniske operasjoner, som for eksempel:

1. metall raffinering.
2. Electroextraction.
3. Galvanisering.
4. Electrosynthesis.
5. Anvendelsen av anti-korrosjonsbelegg og andre.