Застосування електролізу

Доповідь учениці 10 кл. «Б «школи 1257.

Масоловой Олени по теме:

Застосування электролиза.

Сутність электролиза.

Електроліз — це окислительно-восстановительный процес, протекающий на електродах під час проходження постійного електричного струму через розчин чи розплав электролитов.

Для електролізу до негативному полюса зовнішнього джерела постійного струму приєднують катод, а позитивного полюса — анод, після чого занурюють в електролізер з розчином чи расплавом электролита.

Електроди, зазвичай, бувають металеві, але застосовуються і неметалеві, наприклад графітові (проводять ток).

На поверхні електрода, підключеного до негативному полюса джерела постійного струму (катоді), іони, молекули чи атоми приєднують електрони, т. е. протікає реакція електрохімічного відновлення. На позитивному електроді (аноді) відбувається віддача електронів, т. е. реакція окислення. Отже, сутність електролізу у тому, що у катоді відбувається відновлення, але в аноді — процес окисления.

Через війну електролізу на електродах (катоді і аноді) виділяються відповідні продукти поновлення і окислення, які залежно та умовами можуть розпочинати реакції з розчинником, матеріалом електрода і т. п., — звані вторинні процессы.

Металеві аноди може бути: а) нерозчинними чи інертними (Pt, Au, Ir, графіт чи вугілля й ін.), при електролізі вони слугують лише передавачами електронів; б) розчинними (активними); при електролізі вони окисляются.

У розчинах і розплавах різних електролітів є різнойменні по знаку іони, т. е. катиони і аніони, що у хаотичному русі. Але тоді як такий розплав електроліту, наприклад розплав хлориду натрію NaCl, опустити електроди і пропускати постійний електричний струм, то катиони Na+ рухатимуться до катоду, а аніони Cl- — до аноду. На катоді електролізера відбувається відновлення катионів Na+ електронами зовнішнього джерела струму: Na+ + e- = Na0.

На аноді іде процес окислення аніонів хлору, причому відрив надлишкових електронів від Cl- здійснюється з допомогою енергії зовнішнього джерела струму: Cl- - e- = Cl0.

Котрі Виділяються электронейтральные атоми хлору з'єднуються між собою, створюючи молекулярний хлор: Cl + Cl = Cl2, що й виділяється на аноде.

Суммарное рівняння електролізу розплаву хлориду натрію: 2NaCl —> 2Na+ + 2Cl- —електроліз—> 2Na0 + Cl20.

Окислительно-восстановительное дію електричного струму то, можливо в багато разів сильніше дії хімічних окислювачів і відновлювачів. Змінюючи напруга на електродах, можна створити майже будь-який сили окислювачі і відновники, якими є електроди електролітичної ванни чи электролизера.

Відомо, що жодного найсильніший хімічний окислювач неспроможна відібрати в фторид-иона F- його електрон. Але це можна здійснити при електролізі, наприклад, розплаву солі NaF. І тут на катоді (восстановитель) виділяється з іонного стану металевий натрій чи кальцій: Na+ + e- = Na0 на аноді (окислювач) виділяється іон фтору F-, переходячи з негативного іона у вільне стан: F- - e- = F0; F0 + F0 = F20.

Продукты, котрі виділяються на електродах, можуть вступати між собою у хімічне взаємодія, тому анодное і катод простір поділяють диафрагмой.

Практичне застосування электролиза.

Електрохімічні процеси широко застосовують у різних галузях сучасної техніки, в аналітичної хімії, біохімії тощо. буд. У хімічної промисловості електроліз отримують хлор і фтор, луги, хлораты і перхлораты, надсерную кислоту і персульфаты, хімічно чисті водень і кисень тощо. буд. У цьому одні речовини отримують шляхом відновлення на катоді (альдегіди, парааминофенол та інших.), інші электроокислением на аноді (хлораты, перхлораты, перманганат калію і др.).

Електроліз в гидрометаллургии є одним із стадій переробки металлсодержащего сировини, які забезпечують отримання товарних металлов.

Электролиз може здійснюватися з розчинними анодами — процес электрорафинирования чи з нерозчинними — процес электроэкстракции.

Главной завданням при электрорафинировании металів є забезпечення необхідної чистоти катодного металу при прийнятних енергетичних расходах.

У кольоровій металургії електроліз використовується для вилучення металів з руд та його очищення. Електроліз розплавлених середовищ отримують алюміній, магній, титан, цирконій, уран, берилій і др.

Для рафінування (очищення) металу електроліз потім із нього виливають пластини і поміщають їх як анодів в електролізер. При пропущенні струму метал, підлягає очищенні, піддається анодному розчинення, т. е. перетворюється на розчин як катионів. Потім ці катиони металу розряджаються на катоді, завдяки чому утворюється компактний осад вже чистого металу. Домішки, перебувають у аноді, або залишаються нерозчинними, або переходять в електроліт і удаляются.

Гальванотехника — область прикладної електрохімії, що займається процесами нанесення металевих покриттів на поверхню як металевих, і неметалевих виробів під час проходження постійного електричного струму через розчини їх солей. Гальванотехника пожразделяется на гальваностегию і гальванопластику. Гальваностегия (від грецьк. покривати) — це электроосаждение на поверхню металу іншого металу, який міцно пов’язується (зчіплюється) з покрываемым металом (предметом), службовцям катодом электролизера.

Перед покриттям вироби потрібна згода її поверхню старанно очистити (знежирити і протравить), інакше метал буде осідати нерівномірно, крім того, зчеплення (зв'язок) металу покриття з поверхнею вироби буде неміцній. У спосіб гальваностегии можна покрити деталь тонким шаром золота чи срібла, хрому чи нікелю. З допомогою електролізу можна наносити найтонші металеві покриття в різних металевих поверхнях. За такої способі нанесення покрить, деталь використовують як катода, вміщеного в розчин солі того металу, покриття з яких необхідно одержати. Як анода використовується платівка із такого самого металла.

Гальванопластика — отримання шляхом електролізу точних, легко відокремлюваних металевих копій щодо значної товщини з різних як неметалічних, і металевих предметів, званих матрицами.

З допомогою гальванопластики виготовляють погруддя, статуї тощо. д.

Гальванопластика використовується для нанесення порівняно товстих металевих покриттів інші метали (наприклад, освіту «накладного «шару нікелю, срібла, золота тощо. д.).

Крім зазначених вище, електроліз знайшов застосування та інших областях:

получение оксидних захисних плівок на металах (анодирование);

электрохимическая обробка поверхні металевого вироби (полировка);

електрохімічне забарвлення металів (наприклад, міді, латуні, цинку, хрому і др.);

очистка води — видалення з її розчинних домішок. Через війну виходить так звана м’яка вода (за своїми властивостями що наближається до дистиллированной);

электрохимическая швайка аж ріжучих інструментів (наприклад, хірургічних ножів, бритов і т.д.).