Vad är elektrolys? Anoden och katoden. Fysikalisk-kemisk process

Under en lång tid människor inte lyckas få en hel del rena substanser i fri form. Såsom exempelvis:

• metaller;
• alkalier;
• klor;
• väte;
• väteperoxid;
• organiskt klor och andra.

De fick antingen en hög halt av föroreningar, som det var omöjligt att bli av med, eller inte syntetiseras alls. Men sambandet är mycket viktigt för användning inom industrin och vardagen. Men med upptäckten av en process som elektrolys, har en uppgift av enorma proportioner lösts. Idag används inte bara för syntes, men också för många andra processer.

Vad är elektrolys? När det händer, en del av stegen staplade upp, vad är den största fördelen med denna metod, försöka förstå loppet av artikeln.

Vad är elektrolys?

För att besvara denna fråga, måste vi först försöka förstå terminologin och vissa grundläggande fysikaliska och kemiska begrepp.

1. DC - en riktad ström av elektroner som härrör från någon källa av elektricitet.
2. Elektrolyt - ämne, lösning av vilken har förmåga att leda en elektrisk ström.
3. Elektroder - platta av vissa material, sammankopplade, som passerar elektricitet genom sig själva (anod och katod).
4. Redoxreaktionen - en process där det finns en förändring i graden av oxidation av deltagarna. Det vill säga några joner oxiderar och öka värdet på graden av oxidation, medan andra minskar, sänka den.

Efter att ha klargjort alla dessa villkor, kan du svara på frågan om vad som är elektrolys. Denna redoxprocessen, innefattande att leda en likström genom elektrolytlösningen och avslutas av frisättningen av olika produkter vid elektroderna.

Enkel installation, som kan kallas elektrolysör innebär endast ett fåtal komponenter:

• två glas med en elektrolyt;
• en strömkälla;
• två elektroder är sammankopplade.

Industrin använder en mycket mer komplex automatiserad design, gör det möjligt att få ett stort antal produkter - elektrolys bad.

elektrolys process är ganska komplex, är föremål för flera teoretiska lagar och fortsätter enligt den ordning och regler. För att korrekt förutsäga resultatet, att alla lagar och eventuell passage läras väl.

De teoretiska grunderna för förfarandet

De viktigaste grundläggande kanoner som vilar elektrolys - lagar Michael Faraday - den berömde fysikern, känd för sitt arbete inom området elektrisk ström och alla tillhörande processer.

Alla sådana regler två, vilka var och en beskriver essensen av processerna i elektrolysen.

Den första lagen

Den första lag Faraday, vars formel är skrivet som m = kI * At, är som följer.

Mass substans urladdas vid elektroden är direkt proportionell till elektricitet, som har passerat genom elektrolyten.

Formeln visar att m - är massan av materialet, I - strömintensitet, At - tid under vilken den förs. Också inkluderade är värdet på k, som kallas elektrokemisk ekvivalent av föreningen. Detta värde beror på vilken typ av föreningen själv. K är numeriskt lika med massan av ämne som frigörs vid elektroden genom elektrolyten när de passerar en enhet av elektrisk laddning.

Den andra regeln för elektrolys

Andra lag Faraday, vars formel - m = M * I * At / n * F, är som följer. En elektrokemisk ekvivalent av föreningen (k) är direkt proportionell mot dess molmassa, och omvänt proportionell mot valensen av ämnet.

Ovanstående formel är ett resultat av att avlägsna all United. Den fångar essensen av andra lag elektrolys. M - molar mass föreningar, I - strömintensitet passerat för hela processen, At - total elektrolystid, F - Faradays konstant, n - elektroner som är involverade i processen. Deras antal är lika med laddningen av jon, deltog i processen.

Faraday lagar för att förstå vad som är elektrolys, och för att beräkna den potentiella avkastningen vikt är det önskade resultatet att förutsäga och påverka utvecklingen av processen. De utgör den teoretiska grunden för omvandlingarna.

Begreppet anoden och dess typer

Mycket viktigt är i elektrolys elektroderna. Hela processen är beroende av det material av vilket de är gjorda, deras specifika natur och egenskaper. Därför anser vi mer i detalj var och en av dem.

Anod - plus eller positiva elektroden. Det vill säga, en som är ansluten till "+" polen på strömkällan. Följaktligen till den från elektrolytlösningen kommer att flytta negativa joner eller anjoner. De kommer att oxidera här, få en högre grad av oxidation.

Därför kan vi dra en liten diagram som hjälper minnas anodiska processer: en anod "plus" - anjoner - oxidation. Således finns det två grundläggande typer av elektroden, beroende på vilken kommer att förvandla en viss produkt.

1. Den olösliga eller inert anod. Sådan typ innefattar en elektrod, som endast tjänar till att överföra elektroner och oxidationsprocesser, men det inte konsumeras och inte upplöst. Sådana anoder är gjorda av grafit, iridium, platina, kol och så vidare. Med användning av dessa elektroder, kan metallerna framställas i rena gaser (syre, väte, klor och så vidare).
2. Den lösliga anoden. När oxidativa processer han upplöst och påverka resultatet av elektrolysen. De grundläggande konstruktionsmaterial för denna typ av elektrod: nickel, koppar, kadmium, bly, tenn, zink och andra. Med hjälp av dessa anoder behöver för elektroraffineringsprocesser av metaller, galvanisering, skyddande beläggning mot korrosion, och så vidare.

Kärnan i de processer som sker vid den positiva elektroden är reducerad till att urladda de elektronegativa joner meaningfully potential. Ivot varför anjoner vätesyror och hydroxidjon, och sedan vattnet, om det är en lösning. Syreinnehållande anjoner i en vattenhaltig elektrolytlösning, i allmänhet vid anoden inte töms ut, eftersom vattnet gör det snabbare, släppa syre.

Katoden och dess egenskaper

Katoden - är en negativt laddad elektrod (på grund av ansamling av elektroner på det när en elektrisk ström). Det är därför till honom att flytta positivt laddade joner - katjoner som genomgår rehabilitering, det vill säga minska graden av oxidation.

Det finns också relevant att komma ihåg ordningen katod "minus" - katjon - återhämtning. Som material för katoden inkluderar:

• rostfritt stål;
• koppar;
• kol;
• mässing;
• järn;
• aluminium och andra.

Det är på denna elektrod gäller metaller återvinning av rena ämnen, som är en av de viktigaste metoderna för att framställa dem industriellt. Det är också möjligt att överföra elektroner från anoden till katoden, och om den första - lösligt, dess joner reduceras på den negativa elektroden. Här finns en restaurering av katjoner till vätgas H _2. Därför, katoden - är en av de viktigaste delarna i det övergripande systemet för elektrolys av substanser.

elektrolys av smältor

Ur kemisk process under övervägande har sin ekvation. Med det möjligt att representera hela kretsen på papper och för att förutsäga resultatet. Det viktigaste du bör uppmärksamma - närvaron eller frånvaron av vattenmiljön och typen av anoden (lösliga eller inte).

Om så är nödvändigt för att erhålla följande produkter: alkali- och alkaliska jordartsmetaller, alkalier, aluminium, beryllium, anjoner av syreinnehållande gaser kan inte då vara en fråga om elektrolys av elektrolytlösningen. Bara smälta, annars krävs anslutningar inte kommer att fungera. Det är därför i branschen ofta syntetisera dessa substanser, använda dem vattenfri torrsubstans och ammoniumhydroxider.

I allmänhet, smält elektrolys ekvation är ganska enkel och standard. Till exempel, om vi betraktar och spela in det till kaliumjodid, kommer utsikten att vara följande:

KI = K ⁺ I ^-

Katoden (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Anoden ^{(A) "+": 2I - -} 2e = I ₂ ⁰

Process Utfall: KI = K + I _2.

På samma sätt kommer elektrolys spela någon metall oberoende av dess elektrodpotential.

Elektrolys av den vattenhaltiga lösningen

När det gäller elektrolytlösningar kommer resultatet av processen vara helt annorlunda. När allt kommer omkring är vatten blir en aktiv deltagare. Det är också i stånd att dissociera till joner och utmatas från elektroderna. Därför, i sådana fall viktigt elektrod potentiella joner. Än dess negativa värdet är lägre, desto större är sannolikheten för att en snabbare oxidation eller reduktion.

Elektrolys av vattenlösningen är föremål för flera regler som måste memoreras.

1. Anodiska Processer: urladdade endast anjoner av vätesyror (utom vätefluorid). Om en syre jon eller fluoridjon, sedan vatten kommer att oxideras för att frigöra syre.
2. De katodiska processer: elektrolytisk utvinning av metaller i den elektrokemiska serien (upp till och inklusive aluminium) på katoden kan inte återställas på grund av den höga kemiska aktiviteten. Detta gör vattnet att frigöra väte. Metaller från aluminium till väte återställas samtidigt med vatten till enkla ämnen. De som är efter väte i den elektrokemiska serien (låg aktivitet), undergår lätt reduktion till enkla ämnen.

Om du följer dessa regler, kan vi skildra någon elektrolys och beräkna avkastningen. I fallet med en löslig anod krets varierar och blir mycket mer komplicerat.

elektrolys salter

Dessa processer används för att erhålla rena metaller och gaser, eftersom det är tekniskt enkelt och ekonomiskt fördelaktigt. Dessutom de produkter kommer med en hög grad av renhet, vilket är viktigt.

Till exempel, kan elektroutvinning av koppar snabbt skaffa det i ren form från en lösning av något salt. Den vanligast använda kopparsulfat eller kopparsulfat (II) - _CUSO4.

Som en smälta eller lösning av saltet kan utvinnas ren metall, som är så nödvändigt i praktiskt taget alla sektorer av elektriska och metallteknik.

Mening och ansökningsprocessen

Elektrolys - en mycket viktig process. Vid sin bas är baserade är de nödvändiga tekniska verksamheten, såsom:

1. metallraffinering.
2. Electroextraction.
3. Galvanisering.
4. Elektrosyntes.
5. Tillämpningen av rostskyddsbeläggningar och andra.