Què és l'electròlisi? L'ànode i el càtode. procés físic-químic

Durant molt de temps la gent no van aconseguir obtenir una gran quantitat de substàncies pures en forma lliure. Tal com ara:

• metalls;
• àlcalis;
• clor;
• hidrogen;
• peròxid d'hidrogen;
• clor orgànic i altres.

Van rebre un alt contingut d'impureses, de les quals és impossible per desfer-, o no sintetitzat en absolut. Però la connexió és molt important per al seu ús en la indústria i la vida quotidiana. Però amb el descobriment d'un procés com l'electròlisi, una tasca d'enormes proporcions s'ha resolt. Avui dia s'utilitza no només per a la síntesi, sinó també per a molts altres processos.

Què és l'electròlisi? Si arriba el cas, algunes de les etapes apilats, quin és l'avantatge principal d'aquest mètode, tractar d'entendre el curs de l'article.

Què és l'electròlisi?

Per respondre a aquesta pregunta, cal buscar primer a comprendre la terminologia i uns conceptes físiques i químiques bàsiques.

1. DC - un corrent dirigida d'electrons procedents de qualsevol font d'electricitat.
2. Electròlit - substància, la solució dels quals és capaç de conduir un corrent elèctric.
3. Elèctrodes - plat de certs materials, interconnectades, que passen electricitat a través de si mateixos (ànode i càtode).
4. La reacció redox - un procés en el qual hi ha un canvi en el grau d'oxidació dels participants. És a dir, alguns ions s'oxiden i augmentar el valor del grau d'oxidació, mentre que altres es redueixen, baixant-la.

Un cop aclarit tots aquests termes, pot respondre a la pregunta de què és l'electròlisi. Aquest procés redox, que comprèn fer passar un corrent directa a través de la solució electrolítica i s'acaba mitjançant l'alliberament de diferents productes en els elèctrodes.

De fàcil instal·lació, que pot ser anomenat electrolitzador, implica només uns pocs components:

• dos gots amb un electròlit;
• una font de corrent;
• dos elèctrodes estan interconnectats.

La indústria utilitza un disseny automatitzat molt més complexa, el que permet obtenir un gran nombre de productes - banys electrolítics.

procés d'electròlisi és força complex, està subjecta a diverses lleis i guanys teòriques d'acord amb l'ordre i regles. Per predir correctament el resultat, totes les lleis i possible pas que cal aprendre també.

Els fonaments teòrics del procés

Els més importants cànons fonamentals sobre els quals descansa l'electròlisi - les lleis de Michael Faraday - el famós físic, conegut pel seu treball en el camp del corrent elèctric i tots els processos que acompanyen.

Totes aquestes regles dos, cadascun dels quals descriu l'essència dels processos en l'electròlisi.

La primera llei

La primera llei de Faraday, la fórmula de la qual s'escriu com m = kI * Dt, és com segueix.

substància de massa descarregada en l'elèctrode és directament proporcional a l'electricitat, que ha passat a través de l'electròlit.

La fórmula mostra que la m - és la massa de material, I - intensitat de corrent ,? T - temps durant el qual es passa. També s'inclou el valor de k, que es diu l'equivalent electroquímic del compost. Aquest valor depèn de la naturalesa del propi compost. K és numèricament igual a la massa de la substància que s'allibera en l'elèctrode a través de l'electròlit quan passa una unitat de càrrega elèctrica.

La segona regla de l'electròlisi

La segona llei de Faraday, la fórmula dels quals - m = M * I *? T / n * F, és com segueix. Un equivalent electroquímic del compost (k) és directament proporcional a la seva massa molar, i inversament proporcional a la valència de la substància.

La fórmula anterior és el resultat de la retirada de tots els Estats. Captura l'essència de la segona llei de l'electròlisi. compostos de massa molar, I - - M intensitat del corrent que passava per tot el procés ,? t - temps total d'electròlisi, F - constants, n de Faraday - electrons que estan involucrats en el procés. El seu nombre és igual a la càrrega de l'ió, va prendre part en el procés.

les lleis de Faraday per ajudar a entendre el que és l'electròlisi, i per calcular el rendiment potencial en pes, el resultat desitjat és predir i influir en el curs del procés. Ells constitueixen la base teòrica de les transformacions.

El concepte de l'ànode i els seus tipus

Molt importants són en els elèctrodes d'electròlisi. Tot el procés és depenent del material de què estan fetes, la seva naturalesa i propietats específiques. Per tant, considerem amb més detall cada un d'ells.

Ànode - més o elèctrode positiu. És a dir, un que s'uneix al pol "+" de la font d'alimentació. En conseqüència, perquè a partir de la solució d'electròlit es mourà ions negatius o anions. Que s'oxida aquí, guanyant un major grau d'oxidació.

Per tant, podem dibuixar un petit diagrama que ajudarà a recordar els processos anòdics: un ànode "plus" - anions - oxidació. Així, hi ha dos tipus bàsics d'elèctrode, depenent que convertir un producte en particular.

1. L'ànode insoluble o inert. Tal tipus inclou un elèctrode que serveix només per transferir els electrons i els processos d'oxidació, però, no es consumeix i no dissolt. Tals ànodes estan fetes de grafit, iridi, platí, carboni i així successivament. L'ús d'aquests elèctrodes, els metalls poden ser produïts en els gasos purs (oxigen, hidrogen, clor i així successivament).
2. L'ànode soluble. Quan els processos oxidatius que es van dissoldre i afectar el resultat de l'electròlisi. Els materials bàsics de la construcció d'aquest tipus d'elèctrode: níquel, coure, cadmi, plom, estany, zinc i altres. L'ús d'aquests ànodes necessitat de processos de metalls, galvanoplàstia, revestiment protector electrorefinación contra la corrosió, i així successivament.

L'essència dels processos que ocorren en l'elèctrode positiu es redueix a per descarregar ions més electronegatius significativa potencial. Ivot per què fer anions àcids d'hidrogen i d'ions hidròxid, i llavors l'aigua, si és una solució. anions en una solució electrolítica aquosa que conté oxigen, generalment en l'ànode no es descarrega, ja que l'aigua fa que sigui més ràpid, alliberant oxigen.

El càtode i les seves característiques

El càtode - és un elèctrode amb càrrega negativa (a causa de l'acumulació d'electrons en ell quan un corrent elèctric). És per això que a ell es mou ions amb càrrega positiva - cions que estan en procés de rehabilitació, és a dir, reduir el grau d'oxidació.

També és pertinent recordar esquema de càtode "menys" - cació - recuperació. Com a material per al càtode inclouen:

• acer inoxidable;
• coure;
• de carboni;
• bronze;
• ferro;
• alumini i altres.

És en aquest elèctrode tracta de la recuperació de metalls de les substàncies pures, que és un dels principals mètodes per produir-los industrialment. També possible és la transferència d'electrons des de l'ànode al càtode, i si el primer - soluble, els seus ions es redueix en l'elèctrode negatiu. Aquí hi ha una restauració de cations a hidrogen gas H _2. Per tant, el càtode - és una de les parts més importants en l'esquema general de l'electròlisi de substàncies.

electròlisi de masses foses

Des del punt de vista de procés químic en qüestió té la seva equació. Amb possible la representació de tot el circuit en el paper i per predir el resultat. El més important que ha de prestar atenció a - la presència o absència del medi aquàtic i el tipus d'ànode (soluble o no).

Si és necessari per obtenir els següents productes: metalls alcalins i alcalinoterris, àlcalis, alumini, beril·li, anions de gasos que contenen oxigen poden no ser llavors una pregunta sobre l'electròlisi de la solució d'electròlit. Només fondre, ja que les connexions necessàries en cas contrari no funcionarà. Per això, en la indústria sovint sintetitzar aquestes substàncies, l'ús d'ells sals anhidres seques i hidròxids.

En general, es fonen equació electròlisi és bastant simple i estàndard. Per exemple, si tenim en compte i desar-lo al iodur de potassi, la vista serà el següent:

Ki = K ^{+ +} I ^-

El càtode (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

L'ànode ^{(A) "+": 2I - -} 2e = I ₂ ⁰

Procés Resultat: KI = K + I _2.

De la mateixa manera, l'electròlisi registrarà qualsevol metall independentment del seu potencial d'elèctrode.

L'electròlisi de la solució aquosa

Quan es tracta de solucions d'electròlits, el resultat del procés serà molt diferent. Després de tot, l'aigua s'està convertint en un participant actiu. També és capaç de dissociar en ions i es descarrega des dels elèctrodes. Per tant, en aquests casos importants d'elèctrodes potencials ions. Que el seu valor negatiu és més baixa, més gran és la probabilitat d'oxidació més ràpida o reducció.

L'electròlisi de la solució aquosa està subjecta a diverses normes que han de ser memoritzats.

1. Processos anòdics: descarregades només anions d'àcids d'hidrogen (excepte fluorur d'hidrogen). Si un ió d'oxigen o ió fluorur, llavors l'aigua s'oxida per alliberar oxigen.
2. Els processos catòdics: electròlisi de metalls en la sèrie electroquímica (fins i inclusivament d'alumini) al càtode no es poden restaurar causa de l'alta activitat química. Això fa que l'aigua per alliberar hidrogen. Metalls d'alumini a hidrogen restaurats simultàniament amb aigua per a substàncies simples. Aquells que són d'hidrogen en la sèrie electroquímica (baixa activitat), experimenten fàcilment reducció a substàncies simples.

Si segueix aquestes regles, podem representar qualsevol electròlisi i calcular el rendiment. En el cas d'un circuit de ànode soluble varia i es converteix en molt més complicat.

sals d'electròlisi

Aquests processos s'utilitzen per a l'obtenció dels metalls purs i gasos, ja que és tecnològicament simple i econòmicament avantatjosa. A més, els productes vénen amb un alt grau de puresa, que és important.

Per exemple, extracció electrolítica de coure pot obtenir ràpidament que en forma pura a partir d'una solució de qualsevol sal. El més comunament utilitzat de sulfat de coure o sulfat de coure (II) - CuSO _4.

Com una massa fosa o solució de la sal es poden extreure metall pur, que és tan necessària en pràcticament tots els sectors d'Enginyeria Elèctrica i metall.

procés significat i l'aplicació

Electròlisi - un procés molt important. A la seva base es basen són les operacions tècniques necessàries, com ara:

1. refinat de metalls.
2. Electroextracción.
3. Galvanoplàstia.
4. Electrosíntesi.
5. L'aplicació de recobriments anticorrosius i altres.