Co je elektrolýza? Anoda a katoda. Fyzikálně-chemický proces

Dlouho lidé nemohli získat mnoho čistých látek ve volné formě. Například:

• kovy;
• alkálie;
• chlor;
• vodík;
• peroxid vodíku;
• chlororganické a jiné.

Byly získány buď s vysokým obsahem nečistot, které nemohly být odstraněny, nebo nebyly syntetizovány vůbec. Ale spojení je velmi důležité pro použití v průmyslu a každodenním životě. Ale s objevem takového procesu, jako je elektrolýza, byl vyřešen úkol velkého měřítka. Dnes se používá nejen pro syntézu, ale i pro mnoho dalších procesů.

Co je elektrolýza? Jak se to stane, z jakých fází se utváří, jaká je hlavní výhoda této metody, zkusme pochopit průběh článku.

Co je elektrolýza?

Abychom odpověděli na tuto otázku, měli bychom se nejprve obrátit na terminologii a pochopit některé základní fyzikálně-chemické koncepty.

1. Jednosměrný proud je řízený tok elektronů pocházející z jakéhokoli zdroje elektrické energie.
2. Elektrolyt je látka, jejíž roztok je schopen provést elektrický proud.
3. Elektrody - desky z některých materiálů, které jsou navzájem propojené a umožňují propojení elektřiny (anoda a katoda).
4. Oxidační-redukční reakce je proces, při kterém se změní stupeň oxidace účastníků. To znamená, že některé ionty oxidují a zvyšují hodnotu stupně oxidace, zatímco jiné, naopak, se snižují a snižují.

Po vysvětlení všech těchto termínů lze odpovědět na otázku, co je elektrolýza. Tento proces oxidace a redukce se skládá z průchodu stejnosměrného proudu přes roztok elektrolytu a končící uvolněním různých produktů na elektrodách.

Nejjednodušší instalace, kterou lze nazvat elektrolytickou buňkou, zahrnuje jen několik komponent:

• dvě sklenice s elektrolytem;
• proudový zdroj;
• dvě elektrody spojené k sobě.

V průmyslu využívá mnohem sofistikovanější automatizované návrhy, které umožňují vyrábět velké množství produktů - elektrolýzních nádrží.

Proces elektrolýzy je poměrně složitý, podléhá několika teoretickým zákonům a postupuje podle zavedených postupů a pravidel. Aby bylo možné správně předvídat jeho výsledek, je nutné jasně pochopit všechny vzory a možné varianty průchodu.

Teoretický základ procesu

Nejdůležitější základní kánony, na kterém spočívá elektrolýzu - zákony Michael Faraday - slavný fyzik, známý pro jeho práci v oblasti elektrického proudu a všechny doprovodné procesy.

Celkově existují dvě taková pravidla, z nichž každá popisuje podstatu procesů, ke kterým dochází během elektrolýzy.

První zákon

První Faradayův zákon, jehož vzorec je napsán jako m = kI * Delta-t, zní následovně.

Hmotnost látky uvolněné na elektrodě je přímo úměrná elektřině, která prošla elektrolytem.

Z vzorce můžeme vidět, že m je hmotností látky, já je současná síla, Delta-t je čas, během kterého byl vynechán. Existuje také hodnota k, která se nazývá elektrochemický ekvivalent sloučeniny. Tato hodnota závisí na povaze samotné sloučeniny. Číselně se k rovná hmotnosti látky, která se uvolňuje na elektrodě, když jedna jednotka elektrického náboje prochází elektrolytem.

Druhé pravidlo elektrolýzy

Druhý Faradayův zákon, jehož vzorec je m = M * I * Delta-t / n * F, zní následovně. Elektrochemický ekvivalent sloučeniny (k) je přímo úměrná jeho molární hmotnosti, a nepřímo úměrná mocenství látky.

Výše uvedený vzorec je výsledkem odvození ze všech kombinovaných. Odráží podstatu druhého zákona elektrolýzy. M je molární hmotnost sloučeniny, I je síla proudu procházející celým procesem, Delta-t je čas úplné elektrolýzy, F je Faradayova konstanta a n jsou elektrony, které se na procesu podílely. Jejich počet se rovná náboji iontů, které se účastnily procesu.

Faradayovy zákony pomoci pochopit, co je elektrolýza, a pro výpočet potenciálního výnosu hmotnosti, požadovaného výsledku je předvídat a ovlivňovat průběh procesu. Představují teoretický základ pro zvažované transformace.

Koncept anody a její typy

Elektrody jsou v elektrolýze velmi důležité. Celý proces závisí na materiálu, z něhož jsou vyrobeny, na jejich specifických vlastnostech a charakteru. Proto je každý z nich podrobněji zváží.

Anoda je plus nebo kladná elektroda. To znamená, že se připojí k "+" pólu zdroje energie. V souladu s tím, od toho roztok elektrolytu Negativní ionty nebo aniony se budou pohybovat. Budou zde oxidovány, získávají vyšší stupeň oxidace.

Proto můžete představit malý schéma, které pomůže zapamatovat si anodové procesy: anoda "plus" - aniony - oxidace. Existují dva hlavní typy této elektrody, v závislosti na tom, který výrobek bude vyroben.

1. Nerozpustná nebo inertní anoda. Takový typ obsahuje elektrodu, která slouží pouze pro přenos elektronů a oxidační procesy, nicméně to není spotřebována a nerozpustí. Takové anody jsou vyrobeny z grafitu, iridiu, platiny, uhlí a tak dále. Pomocí těchto elektrod je možné získat kovy v čisté formě, plyny (kyslík, vodík, chlor a tak dále).
2. Rozpustná anoda. Při oxidačních procesech se sám rozpouští a ovlivňuje výsledek veškeré elektrolýzy. Hlavní materiály, z nichž se vyrábí tento typ elektrod: nikl, měď, kadmium, olovo, cín, zinek a další. Pomocí těchto anody potřeba pro elektrolytické procesy kovů, galvanické pokovování, ochranným povlakem proti korozi, a tak dále.

Podstata všech procesů, které se vyskytují na kladné elektrodě, je omezena na vypouštění nejvýkonnějších iontů v potenciální hodnotě. Ivot proč se provádí anionty kyselin anoxických a hydroxidových iontů a pak voda, pokud jde o řešení. Kyslík obsahující anionty ve vodném roztoku elektrolytu, obvykle na anodě není vypouštěn, protože voda je o to rychleji, uvolňovat kyslík.

Katoda a její charakteristiky

Katoda je záporně nabitá elektroda (kvůli nahromadění elektronů na ní tím, že prochází elektrickým proudem). To je důvod, proč pozitivní ionty - kationty, které podstoupí obnovu - se pohybují směrem k němu, to znamená, že snižují oxidační stav.

Zde je také vhodné pro zapamatování následující schéma: katoda "mínus" - kation-restoration. Materiál pro katodu může být:

• nerezová ocel;
• měď;
• uhlík;
• mosaz;
• železo;
• hliník a další.

Na této elektrodě jsou kovy redukovány na čisté látky, což je jeden z hlavních způsobů jejich získání v průmyslu. Je také možné přenést elektrony z anody na katodu a pokud je první rozpustný, pak se jeho ionty obnoví na zápornou elektrodu. Zde se vodíkové kationty redukují na plyn H₂. Proto je katoda jednou z nejdůležitějších částí celkové schémy procesu elektrolýzy látek.

Elektrolýza tavenin

Z hlediska chemie má zvažovaný proces svou vlastní rovnici. Díky tomu můžete nakreslit celý plán na papíře a předvídat výsledek. A co je nejdůležitější, co je třeba věnovat pozornost - přítomnosti nebo nepřítomnosti vodního média a typu anody (rozpustné nebo ne rozpustné).

V případě potřeby získat následující produkty: s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin, alkálie, hliník, berylium, anionty plyny obsahující kyslík nemůže pak být otázkou o elektrolýze roztoku elektrolytu. Pouze tavenina, protože jinak nebude nutné připojení fungovat. To je důvod, proč průmysl často syntetizuje uvedené látky pomocí svých bezvodých solí a hydroxidů.

Obecně platí, že elektrolytická rovnice taveniny vypadá poměrně jednoduše a standardně. Například pokud ji zvážíte a zapisujete jodid draselný, pak je formulář následující:

KI = K⁺ + I^-

Katoda (K) ";": K⁺ + 1e = K⁰

Anoda (A) "+": 2I^- - 2e = I₂⁰

Výsledek procesu: KI = K + I_2.

Podobně bude zaznamenána elektrolýza jakéhokoliv kovu, bez ohledu na hodnotu jeho potenciálu elektrody.

Elektrolýza vodného roztoku

Když hovoříme o řešeních elektrolytů, výsledek procesu bude zcela jiný. Koneckonců voda se stává aktivním účastníkem. Je také schopna disociovat ionty a vybíjet elektrody. Proto v takových případech, potenciál elektrody ionty. Čím nižší je záporná hodnota, tím větší je pravděpodobnost rychlejší oxidace nebo redukce.

Elektrolýza vodného roztoku podléhá několika pravidlům, která se musí pamatovat.

1. Procesy anody: Odvádějí se pouze aniontové kyseliny (kromě fluorovodíku). Je-li ionem kyslík nebo fluoridový iont, pak se kyslík oxiduje.
2. Katodická procesy: elektrolytické kovy v elektrochemické řadě napětí (až do a včetně hliníku) na katodě není možné obnovit v důsledku vysoké chemické aktivity. Toto vede k uvolnění vodíku vodou. Kovy z hliníku do vodíku se současně s vodou redukují na jednoduché látky. Stejné, které stojí po vodíku v sérii stresů (nízkoaktivní), snadno podléhají obnově jednoduchých látek.

Pokud dodržujete tato pravidla, můžete zobrazit elektrolýzu a vypočítat výtěžnost produktu. V případě rozpustné anody se okruh mění a stává se mnohem komplikovanější.

Elektrolýza solí

Tyto procesy se používají k výrobě čistých kovů a plynů, protože jsou technologicky jednoduché a ekonomicky výhodné. Kromě toho produkty pocházejí z vysokého stupně čistoty, což je důležité.

Například elektrolýza mědi umožňuje rychle získat ji v čisté formě z jakéhokoliv solného roztoku. Nejčastěji používané měď vitriol nebo síran měďnatý (II) -CuSO₄.

Jako tavenina nebo roztok soli může být získán čistý kov, který je tak nezbytné, prakticky ve všech odvětvích elektrických a kovové inženýrství.

Význam a uplatnění procesu

Elektrolýza je velmi důležitý proces. Na základě těchto nezbytných technických postupů vychází:

1. Rafinace kovů.
2. Elektroextrakce.
3. Galvanické pokovování.
4. Elektrosyntéza.
5. Aplikace antikorozních nátěrů a dalších.