Ինչ է էլեկտրոլիզը: Անոդ եւ կաթոդ: Ֆիզիկաքիմիական գործընթաց

Երկար ժամանակ մարդիկ չկարողացան շատ մաքուր նյութեր ստանալ անվճար ձեւով: Նման, օրինակ, ինչպես:

• Մետաղներ;
• Ալկալի;
• Քլոր;
• Ջրածին;
• Ջրածնի պերօքսիդ;
• Քլորորգանական եւ այլն:

Նրանց ձեռք են բերվել կամ խառնուրդների բարձր պարունակությամբ, որոնք չկարողացան ոչնչացվել կամ ոչ սինթեզվել: Սակայն կապերը շատ կարեւոր են արդյունաբերության եւ առօրյա կյանքում օգտագործելու համար: Սակայն էլեկտրոլիզի նման պրոցեսի հայտնաբերման արդյունքում լուծվեց մեծ սանդղակի խնդիրը: Այսօր այն օգտագործվում է ոչ միայն սինթեզի, այլեւ շատ այլ գործընթացների համար:

Ինչ է էլեկտրոլիզը: Ինչպես դա տեղի է ունենում, որի փուլերը ձեւավորվում են, ինչ է այս մեթոդի հիմնական առավելությունը, եկեք փորձենք հասկանալ հոդվածի ընթացքը:

Ինչ է էլեկտրոլիզը:

Այս հարցին պատասխանելու համար պետք է առաջին հերթին դիմել տերմինաբանությանը եւ հասկանալ որոշ հիմնական ֆիզիկոկիմիական հասկացությունները:

1. Ուղղակի ընթացքը էլեկտրաէներգիայի ցանկացած աղբյուրից բխող էլեկտրոնների ուղղված հոսք է:
2. Էլեկտրոլիտը այն նյութն է, որի լուծումը կարող է անցկացնել էլեկտրական հոսանք:
3. Էլեկտրոդներ են միմյանց հետ կապված որոշակի նյութերի թիթեղներ, որոնք անցնում են էլեկտրաէներգիայի միջոցով (անոդ եւ կաթոդ):
4. Օքսիդացման նվազեցման ռեակցիան այն գործընթացն է, որի արդյունքում փոփոխվում են մասնակիցների օքսիդացման աստիճանը: Այսինքն, որոշ իոններ օքսիդացնում եւ ավելացնում են օքսիդացման աստիճանը, իսկ մյուսները, ընդհակառակը, կրճատվում են, նվազեցնում են այն:

Բացատրելով այս բոլոր տերմինները, կարելի է պատասխանել այն հարցին, թե որն է էլեկտրոլիզացումը: Այս օքսիդացման նվազեցման գործընթացը բաղկացած է էլեկտրոլիտային լուծույթով ուղիղ ընթացքից եւ ավարտվում է էլեկտրոդների տարբեր արտադրանքի թողարկումից:

Պարզագույն տեղադրումը, որը կարելի է անվանել էլեկտրոլիտիկ բջիջ, ներառում է ընդամենը մի քանի բաղադրիչ.

• Երկու բաժակ էլեկտրոլիտով;
• Ընթացիկ աղբյուրը;
• Երկու էլեկտրոդներ միմյանց հետ կապված:

Արդյունաբերությունում այն օգտագործում է շատ ավելի բարդ ավտոմատացված նմուշներ, որոնք հնարավորություն են տալիս մեծ քանակությամբ արտադրանք `էլեկտրոլիզի տանկեր:

Էլեկտրոլիզացիայի գործընթացը բավականին բարդ է, այն մի քանի տեսական օրենքներին է ենթարկվում եւ ստացվում է սահմանված կարգով եւ կանոններով: Ճիշտ կանխատեսել դրա արդյունքը, անհրաժեշտ է հստակ հասկանալ բոլոր անցանկալի օրինակները եւ անցանկալի տարբերակները:

Գործընթացի տեսական հիմքը

Էլեկտրոլիզի ամենակարեւոր օրինաչափությունները այն են, որ էլեկտրական հոսանքի եւ բոլոր ուղեկցող գործընթացների ուսումնասիրման ոլորտում հայտնի է հայտնի գիտնական-ֆիզիկոս Մայքլ Ֆարադայի օրենքները:

Ընդհանուր առմամբ կան երկու նման կանոններ, որոնցից յուրաքանչյուրը բնութագրում է էլեկտրոլիզի ընթացքում տեղի ունեցող գործընթացների էությունը:

Առաջին օրենքը

Առաջին Faraday օրենքը, որի բանաձեւը գրված է որպես m = kI * Δt, հետեւյալն է.

Էլեկտրոդում թողարկված նյութի զանգվածը ուղղակիորեն համամասնական է էլեկտրոլիտից անցնող էլեկտրականությանը:

Այն կարելի է տեսնել բանաձեւից, որը m է նյութի զանգվածը, ես ներկայիս ուժն եմ, եւ Δt- ն այն ժամանակն է, որի ընթացքում անցել է: Կա նաեւ արժեք k, որը կոչվում է էլեկտրաքիմիական համարժեք բաղադրամաս: Այս արժեքը կախված է բարդի բնույթից: Numerically, k- ն հավասար է էլեկտրոդում թողարկված այն նյութի զանգվածին, երբ էլեկտրական լարման մեկ միավորը անցնում է էլեկտրոլիտի միջոցով:

Էլեկտրոլիզմի երկրորդ կանոնը

Երկրորդ Ֆարադայի օրենքը, որի բանաձեւը m = M * I * Δt / n * F է, ասվում է հետեւյալ կերպ. Բարդի (k) էլեկտրական քիմիական համարժեքը ուղղակիորեն համամասնական է իր մոլիսային զանգվածի նկատմամբ եւ հակադարձ համադրելի է նյութի արժեհամակարգին:

Վերոնշյալ բանաձեւը բերված է բոլոր համակցվածներից: Այն արտացոլում է էլեկտրոլիզմի երկրորդ օրենքի էությունը: M- ը բարդի մոլի զանգվածն է, ես ամբողջ ընթացքի միջոցով անցնող ուժն եմ, Δt- ը ամբողջ էլեկտրոլիզմի ժամանակն է, F- ը Ֆարադայի կայունությունն է, իսկ n է էլեկտրոնները, որոնք մասնակցել են գործընթացին: Նրանց թիվը հավասար է գործընթացին մասնակցած ionի մեղադրանքներին:

Ֆարադեյի օրենքները օգնում են հասկանալ, թե ինչ է էլեկտրոլիզիզմը, ինչպես նաեւ հաշվարկել արտադրանքի հնարավոր եկամտաբերությունը զանգվածային, կանխատեսել անհրաժեշտ արդյունքը եւ ազդել գործընթացի ընթացքի վրա: Նրանք կազմում են վերանայված վերափոխումների տեսական հիմքը:

Անոդի եւ նրա տեսակների հայեցակարգը

Electrolysis- ում էլեկտրոդները շատ կարեւոր են: Ամբողջ գործընթացը կախված է այն նյութից, որոնցից նրանք պատրաստվում են, իրենց առանձնահատկություններով եւ բնույթով: Հետեւաբար, մենք նրանցից յուրաքանչյուրին ավելի մանրամասն դիտարկում ենք:

Anode - պլյուս կամ դրական էլեկտրոդ: Այսինքն, մեկը, որը միանում է իշխանության աղբյուրի «+» բեւեռին: Հետեւաբար, էլեկտրոլիտի բացասական իոնների կամ anions- ի լուծույթից կտեղափոխվեն: Դրանք կվերացնեն այստեղ, ձեռք բերելով ավելի բարձր օքսիդացում:

Հետեւաբար, կարող եք պատկերացնել փոքր սխեման, որն օգնում է անօրգանական պրոցեսներ հիշելուն. «Պլյուս» anode - anions - օքսիդացում: Այս էլեկտրոդի երկու հիմնական տեսակներ կան, որոնցից կախված է այս կամ այն արտադրանքը:

1. Անլուծելի կամ աներտի անոդ: Այս տեսակի համար օգտագործվում է էլեկտրոդ, որը ծառայում է միայն էլեկտրոնների եւ օքսիդացման գործընթացների համար, սակայն ինքն իրեն չի սպառվում եւ չի լուծվում: Նման անոդները պատրաստված են գրաֆիտից, րիդիումից, պլատինից, ածուխից եւ այլն: Նման էլեկտրոդների օգտագործումը հնարավոր է մաքուր ձեւով մետաղներ ձեռք բերել, գազ (թթվածին, ջրածնի, քլորի եւ այլն):
2. Լուծվող անոդ: Օքսիդացման պրոցեսներում այն լուծարվում է եւ ազդում է բոլոր էլեկտրոլիզի արդյունքի վրա: Հիմնական նյութերը, որոնցից կազմված են այդ էլեկտրոդները, նիկել, պղինձ, կադմիում, կապար, թիթեղ, ցինկ եւ այլն: Նմանատիպ անոդների օգտագործումը անհրաժեշտ է մետաղների electororeinging գործընթացների, electroplating, կիրառելով պաշտպանիչ ծածկույթների դեմ կոռոզիայից եւ այլն:

Դրական էլեկտրոդում կատարվող բոլոր պրոցեսների էությունը կրճատվում է պոտենցիալ արժեքի առավել էլեկտրոնեգատիոն իոնների արտանետում: Խեղճացրեք, թե ինչու է դա արվում անօքսիկ թթուների եւ հիդրօքսիդի իոններ, ապա ջուր, երբ խոսքը վերաբերում է լուծմանը: Էլեկտրոլիտի ջրային լուծույթում թթվածին պարունակող անիոնները հիմնականում չեն անջատում անոդին, քանի որ ջուրն ավելի արագ է դարձնում թթվածինը:

Կաթոդ եւ նրա հատկանիշները

Կաթոդը բացասական լիցքավորված էլեկտրոդ է (էլեկտրական հոսանքի անցնելու միջոցով էլեկտրոնների կուտակման պատճառով): Դրա համար էլ դրական իոնները, որոնք վերականգնում են, շարժվում են դեպի այն, այսինքն, իջեցնում են օքսիդացման վիճակը:

Այստեղ, հուշելու համար հետեւյալ սխեման նաեւ հարմար է. «Մինուս» կաթոդ-վերականգնում: Կաթոդի նյութը կարող է լինել,

• Չժանգոտվող պողպատ;
• Պղինձ;
• Ածխածնային;
• Brass;
• Iron;
• Ալյումին եւ այլն:

Այս էլեկտրոդի վրա, որ մետաղները կրճատվում են մաքուր նյութերի մեջ, ինչը արդյունաբերության մեջ դրանք ձեռք բերելու հիմնական ուղիներից մեկն է: Հնարավոր է նաեւ էլեկտրոնները անոդից փոխանցել կաթոդին, եւ եթե առաջինը լուծելի է, ապա դրա իոնները վերականգնվում են բացասական էլեկտրոդում: Այստեղ ջրածնի կաթի կրճատումները նվազեցվում են H2 գազին: Հետեւաբար, կաթը նյութերի էլեկտրիզացման գործընթացի ընդհանուր սխեմայի ամենակարեւոր մասերից մեկն է:

Հեղուկների էլեկտրոլիզացում

Քիմիայի տեսանկյունից, քննարկվող գործընթացը ունի իր սեփական հավասարումը: Դրա օգնությամբ դուք կարող եք նկարել ամբողջ սխեման թղթի վրա եւ կանխատեսել արդյունքը: Ամենակարեւորը, ինչ պետք է ուշադրություն դարձնել `ջրային միջավայրի առկայությունը կամ բացակայությունը եւ անոդի տեսակը (լուծելի կամ ոչ):

Եթե անհրաժեշտ է արտադրել հետեւյալ արտադրատեսակները `ալկալային եւ ալկալային հանքային մետաղներ, ալկալիներ, ալյումին, բերիլիում, գազեր, թթվածնով պարունակող անիոններից, ապա էլեկտրոլիտի լուծույթի էլեկտրիզացման մասին խոսք չկա: Միայն հալվելը, քանի որ հակառակ դեպքում պարտադիր կապերը չեն գործի: Ահա թե ինչու հաճախ արդյունաբերությունը սինթեզավորում է նշված նյութերը `օգտագործելով իրենց անխառն չոր աղերը եւ հիդրոքսիդները:

Ընդհանրապես, հալեցնում էլեկտրոլիզի հավասարումը շատ պարզ եւ ստանդարտ է: Օրինակ, եթե հաշվի առնեք եւ գրեք այն կալիումի յոդիդի համար, ապա ձեւը հետեւյալն է.

KI = K ⁺ + I ^-

Կաթոդ (K) «-»: K ⁺ + 1e = K ⁰

Anode (A) «+»: 2I ^- - 2e = I ₂ ⁰

Գործունեության արդյունքն է `KI = K + I _2:

Նմանապես, ցանկացած մետաղի էլեկտրոլիզացում արձանագրվի, անկախ էլեկտրոդի ներուժի արժեքից:

Ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզացում

Եթե մենք խոսում ենք էլեկտրոլիտների լուծումների մասին, գործընթացի արդյունքը շատ տարբեր կլինի: Ի վերջո, ջուրը դառնում է ակտիվ մասնակից: Այն նաեւ կարող է dissociate into ions եւ լիցքաթափել էլեկտրոդներում: Հետեւաբար, նման դեպքերում էլեկտրոնների ներհոսքը մեծ նշանակություն ունի: Որքանով բացասական է բացասական արժեքը, այնքան ավելի մեծ է օքսիդացման կամ կրճատման հավանականությունը:

Ջրային լուծույթի էլեկտրոլիզմը ենթակա է մի քանի կանոնների, որոնք պետք է հիշել:

1. Անոդային պրոցեսներ. Անոկինային թթուների (բացառությամբ հիդրոֆտորիկի) միայն կենդանիներ են լցվում: Եթե իոնը թթվածին պարունակող կամ ֆտորիդ-իոն է, ապա ջուրը օքսիդացված կլինի թթվածնի արտանետմամբ:
2. Կաթոդային պրոցեսներ. Կաթոդի էլեկտրաքիմիական սթրեսների (մինչեւ ալյումինի ներառյալ) մետաղները չեն վերականգնվել բարձր քիմիական ակտիվության պատճառով: Սա ջուր է դարձնում ջրածնի արտանետումը: Ալյումինից մինչեւ ջրածին մետաղներ կրճատվում են միաժամանակ ջրի մեջ `պարզ նյութերի: Նույնները, որոնք կանգնած են ջրածնից հետո, սթրեսների շարքում (ցածր ակտիվ), հեշտությամբ վերածվում են պարզ նյութերի վերականգնման:

Եթե դուք հետեւեք այս կանոններին, կարող եք պատկերացնել ցանկացած էլեկտրոլիզի եւ հաշվարկել ապրանքի եկամտաբերությունը: Լուծվող անոդի դեպքում, սխեմայի փոփոխությունը եւ դառնում է ավելի բարդ:

Աղերի էլեկտրիզացում

Այս գործընթացները օգտագործվում են մաքուր մետաղներ եւ գազեր արտադրելու համար, քանի որ տեխնոլոգիականորեն պարզ եւ տնտեսապես շահավետ է: Բացի այդ, արտադրանքը գալիս է բարձր մաքրությամբ, ինչը կարեւոր է:

Օրինակ, պղնձի էլեկտրոլիզացումը թույլ է տալիս արագորեն ստանալ այն մաքուր վիճակում ցանկացած աղի լուծումից: Առավել հաճախ օգտագործվում է պղնձի սուլֆատ կամ պղինձ (II) սուլֆատ `CuSO ₄ :

Թե հալվելուց եւ այս աղի լուծարից հնարավոր է մաքուր մետաղից հանել, ինչը անհրաժեշտ է էլեկտրատեխնիկայի գրեթե բոլոր ճյուղերում եւ մետաղական կառուցվածքներում:

Գործընթացի կարեւորությունը եւ կիրառումը

Էլեկտրոլիզացումը շատ կարեւոր գործընթաց է: Դրա հիման վրա հիմնված են նման անհրաժեշտ տեխնիկական գործառնություններ, ինչպես, օրինակ,

1. Մետաղների մաքրում:
2. Էլեկտրաքեքստ.
3. Էլեկտրատաքացուցիչ.
4. Էլեկտրիսթին:
5. Հակաբորբոքային ծածկույթների կիրառումը եւ այլն: