Hvad er elektrolyse? Den anode og katode. Fysisk-kemisk proces

I lang tid folk ikke lykkes at få en masse rene stoffer i fri form. Såsom for eksempel:

• metaller;
• alkalier;
• chlor;
• hydrogen;
• hydrogenperoxid;
• organisk chlor og andre.

De fik enten et højt indhold af urenheder, hvorfra det var umuligt at slippe af med, eller ikke syntetiseret overhovedet. Men forbindelsen er meget vigtigt til brug i industrien og hverdagen. Men med opdagelsen af en proces, såsom elektrolyse, er en opgave af enorme proportioner blevet løst. I dag er det ikke kun bruges til syntese, men også for mange andre processer.

Hvad er elektrolyse? Som det sker, nogle af de faser stablet op, hvad der er den største fordel ved denne metode, så prøv at forstå forløbet af artiklen.

Hvad er elektrolyse?

For at besvare dette spørgsmål, må vi først forsøge at forstå den terminologi og nogle grundlæggende fysiske og kemiske begreber.

1. DC - en rettet strøm af elektroner, der stammer fra en hvilken som helst kilde til elektricitet.
2. Elektrolyt - stoffet, opløsningen især er i stand til at lede en elektrisk strøm.
3. Elektroder - plade af visse materialer, indbyrdes forbundne, som passerer elektricitet gennem dem selv (anode og katode).
4. Redoxreaktionen - en proces, hvor der er en ændring i graden af oxidation af deltagerne. Dvs. nogle ioner oxidere og øge værdien af graden af oxidation, mens andre er reduceret, sænke den.

Efter at have afklaret alle disse vilkår, kan du besvare spørgsmålet om, hvad der er elektrolyse. Denne redox fremgangsmåden indeholdende lede en jævnstrøm gennem elektrolytopløsningen og afsluttes ved frigivelse af forskellige produkter ved elektroderne.

Nem installation, som kan kaldes elektrolysator, indebærer kun få komponenter:

• to glas med en elektrolyt;
• en strømkilde;
• to elektroder er forbundet med hinanden.

Industrien bruger en langt mere kompleks automatiseret design, gør det muligt at opnå et stort antal produkter - elektrolyse bade.

elektrolyse proces er temmelig kompleks, er underlagt flere teoretiske love og udbytte i den rækkefølge og regler. For at forudsige udfaldet korrekt, at alle de love og eventuel passage læres godt.

Det teoretiske grundlag for fremgangsmåden

De vigtigste grundlæggende kanoner, som hviler elektrolyse - love Michael Faraday - den berømte fysiker, kendt for sit arbejde på området for elektrisk strøm og alle tilhørende processer.

Alle sådanne regler to, som hver især beskriver essensen af processerne i elektrolyse.

Den første lov

Den første lov Faraday, hvis formel er skrevet som m = kI * At, er som følger.

Masse stof udledes ved elektroden er direkte proportional med elektricitet, som har passeret gennem elektrolytten.

Formlen viser, at m - er massen af materiale, I - strømstyrke, At - tid, i hvilken den ledes. Også inkluderet er værdien af k, som kaldes den elektrokemiske ækvivalent af forbindelsen. Denne værdi afhænger af arten af forbindelsen selv. K er numerisk lig med massen af det stof, som frigøres ved elektroden gennem elektrolytten, når den passerer en enhed af elektrisk ladning.

Den anden regel af elektrolyse

Anden lov Faraday, hvis formel - m = M * I * At / n * F, er som følger. En elektrokemisk ækvivalent af forbindelsen (k) er direkte proportional med dens molarmasse, og omvendt proportional med valensen af stoffet.

Den ovennævnte formel er et resultat af fjernelse af alle United. Det indfanger essensen af den anden lov om elektrolyse. M - molær masse forbindelser I - strømstyrke øjeblikkeligt for hele processen, At - total elektrolyse tid, F - Faradays konstant, n - elektroner, der er involveret i processen. Deres antal er lig med ladningen af ionen, deltog i processen.

Faradays love for at hjælpe med at forstå, hvad der er elektrolyse, og til at beregne den potentielle udbytte efter vægt, det ønskede resultat er at forudsige og påvirke forløbet af processen. De udgør det teoretiske grundlag for de transformationer.

Begrebet anoden og dens typer

Meget vigtigt er i elektrolysecellerne elektroder. Hele processen er afhængig af det materiale, hvoraf de er fremstillet, deres særlige karakter og egenskaber. Derfor mener vi, nærmere hver af dem.

Anode - plus eller positiv elektrode. Det vil sige, en, der er knyttet til "+" pol af strømkilden. Følgelig til det fra elektrolytopløsningen vil bevæge negative ioner eller anioner. De vil oxidere her, at få en højere grad af oxidation.

Derfor kan vi drage en lille diagram, der vil hjælpe huske anodiske processer: en anode "plus" - anioner - oxidering. Således er der to grundlæggende typer af elektroden, afhængigt af hvilket vil forvandle et bestemt produkt.

1. Det uopløselige eller inertanoden. Sådan type omfatter en elektrode, der kun tjener til at overføre elektroner og oxidationsprocesser, men det er ikke forbruges og ikke opløst. Sådanne anoder er fremstillet af grafit, iridium, platin, carbon og så videre. Ved anvendelse af disse elektroder, kan metallerne produceres i rene gasser (oxygen, brint, chlor- og så videre).
2. Det opløselige anode. Når oxidative processer han opløste og påvirke udfaldet af elektrolysen. De grundlæggende konstruktionsmaterialer for denne type elektrode: nikkel, kobber, cadmium, bly, tin, zink og andre. Ved anvendelse af disse anoder har brug for elektrolytisk processer af metaller, galvanisering, beskyttelseslag mod korrosion, og så videre.

Essensen af de processer, der forekommer ved den positive elektrode er reduceret til at udlede mest elektronegative ioner meningsfuldt potentiale. Ivot hvorfor anioner brint syrer og hydroxidion, og derefter vand, hvis det er en opløsning. Oxygen-anioner i en vandig elektrolytopløsning, generelt ved anoden udledes ikke, eftersom vandet gør det hurtigere og frigiver oxygen.

Katoden og dets egenskaber

Katoden - er en negativt ladet elektrode (på grund af ophobning af elektroner på det, når en elektrisk strøm). Det er grunden til ham flytte positivt ladede ioner - kationer, der er under genoptræning, det vil sige, reducere graden af oxidation.

Der er også relevant at huske ordning katode "minus" - kation - opsving. Som materiale til katoden omfatter:

• rustfrit stål;
• kobber;
• carbon;
• messing;
• jern;
• aluminium og andre.

Det er på denne elektrode kommer til metaller genvinding af rene stoffer, som er en af de vigtigste metoder til fremstilling af dem industrielt. Det er også muligt at overføre elektroner fra anoden til katoden, og hvis den første - opløselige, er dens ioner reduceres på den negative elektrode. Her er der en restaurering af kationer til hydrogengas _H2. Derfor er katode - er en af de vigtigste dele i den samlede ordning af elektrolyse af stoffer.

elektrolyse af smelter

Fra synspunktet om kemisk proces under overvejelse har sin ligning. Med det muligt at repræsentere hele kredsløbet på papir og til at forudsige udfaldet. Den vigtigste ting, du bør være opmærksom på - tilstedeværelse eller fravær af vandmiljøet og typen af anoden (opløselige eller ikke).

Hvis det er nødvendigt for at opnå følgende produkter: alkali- og jordalkalimetaller, baser, aluminium, beryllium, anioner af oxygenholdige gasser kan så ikke være et spørgsmål om elektrolyse af elektrolytopløsningen. Bare smelter, fordi ellers nødvendige forbindelser ikke vil arbejde. Det er derfor, i branchen ofte syntetisere disse stoffer, at bruge dem tørre vandfri salte og hydroxider.

Generelt smelte elektrolyse ligning er ganske enkel og standard. For eksempel, hvis vi betragter og optage det til kaliumiodid, vil visningen være følgende:

KI = K ^{+ +} I ^-

Katoden (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Anoden ^{(A) "+": 2I - -} 2e = I ₂ ⁰

Proces Resultat: KI = K + _I2.

Tilsvarende vil elektrolyse optage enhver metal uanset dens elektrode potentiale.

Elektrolyse af den vandige opløsning

Når det kommer til elektrolytopløsninger, at udfaldet af processen være helt anderledes. Efter alt, er vand ved at blive en aktiv deltager. Det er også i stand til at dissociere til ioner og udledes fra elektroderne. Derfor i sådanne tilfælde vigtigt elektrodelag potentielle ioner. End dens negative værdi er lavere, desto større er sandsynligheden for mere hurtig oxidation eller reduktion.

Elektrolyse af den vandige opløsning er underlagt adskillige regler, der skal huskes.

1. Anodiske Processer: udledes kun anioner af brint syrer (undtagen hydrogenfluorid). Hvis en oxygen-ion eller fluoridion, derefter vand vil blive oxideret for at frigive oxygen.
2. De katodiske processer: elektroudvinding metaller i den elektrokemiske serie (til og inklusive aluminium) på katoden kan ikke gendannes grund af den høje kemiske aktivitet. Dette gør vandet til at frigive hydrogen. Metaller fra aluminium til hydrogen genoprettet samtidigt med vand til simple stoffer. Dem, der er efter hydrogen i elektrokemiske serie (lav aktivitet), let undergår reduktion til simple stoffer.

Hvis du følger disse regler, kan vi skildre nogen elektrolyse og beregne udbyttet. I tilfælde af en opløselig anode kredsløb varierer og bliver meget mere kompliceret.

elektrolyse salte

Anvendes disse fremgangsmåder til opnåelse af rene metaller og gasser, da det er teknologisk enkel og økonomisk fordelagtig. Desuden produkterne kommer med en høj grad af renhed, hvilket er vigtigt.

For eksempel kan elektrolytisk kobber hurtigt få det i ren form fra en opløsning af hvilket som helst salt. Den mest almindeligt anvendte kobbersulfat eller kobbersulfat (II) - _CuSO4.

Som en smelte eller opløsning af saltet kan udvindes rent metal, som er så nødvendig i næsten alle sektorer af elektrisk og metalindustrien.

Forstås og anvendes proces

Elektrolyse - en meget vigtig proces. På sin base er baseret på, er de nødvendige tekniske operationer, såsom:

1. metalraffinering.
2. Electroextraction.
3. Galvanisering.
4. Electrosynthesis.
5. Anvendelsen af anti-korrosions-belægninger og andre.