מהי אלקטרוליזה? האנודה ואת הקתודה. תהליך פיסיקלי כימי

במשך זמן רב אנשים לא מצליחים לקבל הרבה חומרים טהורים בצורה חופשית. כמו למשל:

• מתכות;
• אלקליות;
• כלורו;
• מימן;
• מי חמצן;
• כלור ואחרים אורגניים.

הם קיבלו תכולה גבוהה של זיהומים, שממנו אי אפשר היה להיפטר, או לא מסונתז בכלל. אבל הקשר הוא מאוד חשוב לשימוש בתעשייה ובחיי היומיום. אבל עם גילוי תהליך כגון אלקטרוליזה, משימה נוראה ועצום נפתרה. כיום הוא משמש לא רק עבור סינתזה, אלא גם עבור תהליכים רבים אחרים.

מהי אלקטרוליזה? כפי שזה קורה, חלק מהשלבים נערם, מהו היתרון העיקרי של שיטה זו, לנסות להבין את מהלך המאמר.

מהי אלקטרוליזה?

כדי לענות על שאלה זו, עלינו לחפש ראשון להבין את הטרמינולוגיה כמה מושגים פיסיקליים וכימיים בסיסיים.

1. DC - זרם של אלקטרונים מכוון שמקורם מכל מקור חשמל.
2. אלקטרוליט - חומר, פתרון של המסוגל לנהל זרם חשמלי.
3. אלקטרודות - צלחת של חומרים מסוימים, ביניהם, אשר עוברים חשמל באמצעות עצמם (הקטודה לאנודה).
4. תגובת החיזור - תהליך שבו קיימת שינוי מידת החמצון של המשתתפים. כלומר, כמה יונים לחמצן ולהגדיל את הערך של מידת החמצון, בעוד שאחרים מופחתים, מקטינים אותה.

לאחר שיבהיר את כל המונחים האלה, אתה יכול לענות על השאלה מה הוא אלקטרוליזה. תהליך חיזור זו, הכוללת העברת זרם ישיר דרך הפתרון אלקטרוליט והוא בוטל על-ידי שחרור של מוצרים שונים על האלקטרודות.

התקנה קלה, אשר יכול להיקרא electrolyzer, כרוך רק כמה מרכיבים:

• שתי כוסות עם האלקטרוליט;
• מקור נוכחי;
• שתי אלקטרודות הם מחוברים.

התעשייה משתמשת בעיצוב אוטומטי מורכב הרבה יותר, מה שמאפשר להשיג מספר גדול של מוצרים - אמבטיות אלקטרוליזה.

תהליך אלקטרוליזה הוא מורכב למדי, ולכן כפוף לחוקי תיאורטי מספר וממשיך לפי הסדר והכללים. כדי כראוי לחזות את התוצאה, כל החוקים מעבר אפשרי ללמוד היטב.

את היסודות התיאורטיים של התהליך

קנוני היסוד החשובים ביותר שעליו נשען אלקטרוליזה - החוקי מייקל פאראדיי - הפיזיקאי המפורסם, הידוע בזכות עבודתו בתחום הזרם החשמלי ואת כל התהליכים הנלווים.

כל הכללים כגון שני, שכל אחד מהם מתאר את מהות התהליכים אלקטרוליזה.

החוק הראשון

הראשונה החוק של פאראדיי, הנוסחא של אשר נכתב מ = קי * Δt, הוא כדלקמן.

חומר המוני משוחרר על האלקטרודה הוא ביחס ישר חשמל, אשר עבר דרך האלקטרוליט.

הנוסחה מראה כי מ '- היא המסה של החומר, ואני - עוצמת הזרם, Δt - הזמן שבמהלכו הוא עבר. היא כללה גם את הערך של k, אשר נקרא המקבילה אלקטרוכימי של המתחם. ערך זה תלוי באופי של המתחם עצמו. K שווה מספרי למסה של החומר כי הוא שוחרר על אלקטרודה דרך האלקטרוליט כאשר עוברים יחידה אחת של מטען חשמלי.

הכלל השני של אלקטרוליזה

החוק השני של פאראדיי, הנוסחה של אשר - מ = M * אני * Δt / n * F, הוא כדלקמן. השווה אלקטרוכימי של המתחם (k) הוא ביחס ישר המסה שלו טוחנת, וכן ביחס פוך הערכי של החומר.

בנוסחא זו היא התוצאה של הנסיגה של כל הארץ. היא לוכדת את המהות של החוק השני של אלקטרוליזה. M - טוחנת תרכובות המונית, ואני - עוצמת הזרם עבר את התהליך כולו, Δt - זמן אלקטרוליזה הכולל, F - קבוע פארדיי, n - האלקטרונים המעורבים בתהליך. מספרם שווה הממונה על היון, לקח חלק בתהליך.

החוקים של פאראדיי כדי לעזור להבין מה הוא אלקטרוליזה, וכדי לחשב את התשואה הפוטנציאלית לפי משקל, התוצאה הרצויה היא לחזות ולהשפיע על מהלך התהליך. הם מהווים את הבסיס התיאורטי של טרנספורמציות.

הקונספט של האנודה והסוגים שלה

חשוב מאוד נמצאים אלקטרודות אלקטרוליזה. התהליך כולו הוא תלוי בחומר שממנו הם עשויים, הטבע והמאפיינים הספציפיים שלהם. לכן, אנו רואים ביתר פירוט כל אחד מהם.

האנודה - פלוס או אלקטרודה חיובית. כלומר, אחד מחובר הקוטב "+" של מקור הכח. בהתאם לכך, אליו מן הפתרון אלקטרוליט יעבור יונים או אניונים שליליים. הם לחמצן כאן, צובר רמה גבוהה יותר של חמצון.

לכן, אנחנו יכולים לצייר תרשים קטן שיעזור לזכור תהליכים אנודית: אנודה "פלוס" - אניונים - חמצון. לכן ישנם שני סוגים בסיסיים של האלקטרודה, תלוי באיזה יהפכו מוצר מסוים.

1. האנודה מסיס או אינרטי. סוג כזה כולל אלקטרודה המשמשת רק כדי להעביר אלקטרונים ותהליכי חמצון, אולם זה אינו נצרך ולא מומס. אנודות כזו עשויה גרפיט, אירידיום, פלטינה, הפחם וכן הלאה. באמצעות אלקטרודות אלה, המתכות ניתן לייצר גזים טהורים (חמצן, מימן, כלור וכן הלאה).
2. האנודה המסיסה. כאשר תהליכי חמצון הוא מומס להשפיע על התוצאה של אלקטרוליזה. החומרים הבסיסיים של הבנייה עבור סוג זה של האלקטרודה: ניקל, נחושת, קדמיום, עופרת, בדיל, אבץ ועוד. באמצעות אנודות אלה צריכים עבור electrorefining תהליכים של מתכות, גלוון, ציפוי מגן נגד קורוזיה, וכן הלאה.

מהות התהליכים המתרחשים בבית אלקטרודה החיובית מצטמצמת לפרוק יונים אלקטרו ביותר משמעותי פוטנציאל. Ivot למה אניוני חומצות מימן יון ההידרוקסיד, ולאחר מכן את המים, אם זה הוא פתרון. חמצן המכיל אניוני בתמיסה מימית אלקטרוליט, בדרך כלל האנודה לא ייפרע, שכן המים עושים את זה מהר יותר, משחרר חמצן.

הקתודה ואת מאפייניו

הקתודה - הוא האלקטרודה טעון שלילי (בשל ההצטברות של אלקטרונים על זה כאשר זרם חשמלי). זו הסיבה אליו נע יונים טעונים חיובית - קטיונים כי עוברים שיקום, כלומר, להפחית את מידת החמצון.

יש רלוונטי גם לזכור ערכת קתודה "מינוס" - קטיון - התאוששות. כמו חומר הקתודה כולל:

• נירוסטה;
• נחושת;
• פחמן;
• פליז;
• ברזל;
• אלומיניום ועוד.

זה על אלקטרודה זו מגיעה להחלמת מתכות של חומרים טהורים, שהיא אחת השיטות העיקריות לייצור אותם באופן תעשייתי. אפשר גם העברת האלקטרונים מן האנודה אל הקתודה, ואם הראשון - מסיס, היונים שלה מופחתים על האלקטרודה השלילית. כאן יש שחזור של קטיונים למימן הגז H _2. לכן, הקתודה - היא אחד החלקים החשובים ביותר, בראייה הכוללת של אלקטרוליזה של חומרים.

אלקטרוליזה של נמס

מנקודת המבט של תהליך כימי תחת שיקול יש המשוואה שלה. עם זאת ניתן לייצג את המעגל השלם על נייר לצפות את התוצאה. הדבר החשוב ביותר שאתה צריך לשים לב - קיומו או אי קיומו של הסביבה המימית ואת הסוג של האנודה (מסיס או לא).

במידת הצורך לקבל את המוצרים הבאים: אלקלי הארץ אלקליין מתכות, אלקליות, אלומיניום, בריליום, אניוני של גזים המכילים חמצן לא יכול אז להיות שאלה על אלקטרוליזה של תמיסת אלקטרוליט. רק להמס, כי אחרת חיבורים נדרשים לא יעבדו. זו הסיבה בתעשייה קרובות לסנתז חומרים אלה, באמצעות אותם מלחי והידרוקסידים יבשים נטולי מים.

באופן כללי, להמס משוואת אלקטרוליזה היא די פשוט סטנדרטית. לדוגמה, אם ניקח בחשבון ולהקליט אותו יודיד אשלגן, הנוף יהיה את הדברים הבאים:

Ki = K ^{+ +} I ^-

הקתודה (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

האנודה ^{(א) "+": 2I - -} 2e = אני ₂ ⁰

תוצאות התהליך: KI = K + I _2.

באופן דומה, אלקטרוליזה יתעד כל מתכת קשר פוטנציאל אלקטרודה שלה.

אלקטרוליזה של תמיסה מימית

כשמדובר אלקטרוליט פתרונות, התוצאה של התהליך תהיה שונה למדי. אחרי הכל, מים הופך למשתתף פעיל. כמו כן מסוגל מתנער ליונים ולפרוק מן האלקטרודות. לכן, במקרים כאלה חשוב פוטנציאל אלקטרודה יונים. מהערך השלילי שלה הוא נמוך, כך גדל הסיכוי של חמצון או הפחתה מהיר יותר.

אלקטרוליזה של התמיסה המימית כפופה לכללים מספר כי חייב להיות פה.

1. תהליכי Anodic: שוחררו רק אניוני של חומצות מימן (למעט מימן פלואורי). אם יון חמצן או יון פלואוריד, אז המים יהיו חמצון לשחרר חמצן.
2. התהליכים קתודית: מתכות electrowinning בסדרה אלקטרוכימיים (עד וכולל של אלומיניום) על הקתודה לא ניתן לשחזר בשל הפעילות הכימית הגבוהה. זה הופך את המים כדי לשחרר מימן. מתכות אלומיניום כדי מימן משוחזר בו זמנית עם מים לחומרים פשוטים. אלה הם אחרי מימן בסדרה אלקטרוכימיים (פעילות נמוכה), קושי לעבור הפחתה לחומרים פשוטים.

אם אתם עוקבים כללים אלה, אנו יכולים לתאר כל אלקטרוליזה ולחשב את התשואה. במקרה של מעגל האנודה מסיס משתנה והופך הרבה יותר מסובך.

מלחי אלקטרוליזה

תהליכים אלה משמשים להשגת מתכות וגזים טהורים, שכן הוא הטכנולוגית פשוט יתרון מהבחינה כלכלי. בנוסף, המוצרים מגיעים עם רמה גבוהה של טוהר, וזה חשוב.

לדוגמא, electrowinning של נחושת יכול להשיג אותו במהירות בצורה טהורה מפתרון של כל מלח. הנפוץ ביותר נחושת גופרתית או נחושת גופרתית (II) - CuSO _4.

כתוצאה להמס או פתרון של המלח ניתן לחלץ מתכת טהורה, וזה כל כך הכרחי כמעט בכל מגזרי החשמל והנדסת מתכת.

תהליך המשמעות והיישום

אלקטרוליזה - תהליך חשוב מאוד. בבסיסו המבוסס הם פעולות טכניות הדרושות, כגון:

1. זיקוק מתכת.
2. Electroextraction.
3. גלוון.
4. Electrosynthesis.
5. היישום של ציפויים נגד קורוזיה ועוד.