Застосування електролізу
Доповідь учениці 10 кл. "Б"
Масолової Олени на тему:
Електроліз- це окислювально-відновний процес, що протікає на електродах при проходженні постійного електричного струму через розчин або розплав електролітів.
Для здійснення електролізу до негативного полюса зовнішнього джерела постійного струму приєднуютькатод, а до позитивного полюса -анод, після чого занурюють їх в електролізер з розчином або розплавом електроліту.
Електроди, як правило, бувають металеві, але застосовуються і неметалеві, наприклад, графітові (провідні струм).
На поверхні електрода, підключеного до негативного полюса джерела постійного струму (катоді), іони, молекули або атоми приєднують електрони, тобто протікає електрохімічна реакція відновлення. На позитивному електроді (аноді) відбувається віддача електронів, тобто реакція окиснення. Таким чином, сутність електролізу полягає в тому, що на катоді відбувається процес відновлення, а на аноді - процес окислення.
В результаті електролізу на електродах (катоді та аноді) виділяються відповідні продукти відновлення та окислення, які в залежності від умов можуть вступати в реакції з розчинником, матеріалом електрода тощо, - так звані вторинні процеси.
Металеві аноди можуть бути: а) нерозчинними або інертними (Pt, Au, Ir, графіт чи вугілля та ін.), при електролізі вони служать лише передавачами електронів; б) розчинними (активними); при електролізі вони окислюються.
У розчинах і розплавах різних електролітів є різноіменні за знаком іони, тобто катіони іаніони, які знаходяться в хаотичному русі. Але якщо такий розплав електроліту, наприклад розплавхлориду натрію NaCl, опустити електроди і пропускати постійний електричний струм, то катіони Na + рухатимуться до катода, а аніони Cl - до анода. Накатодіелектролізера відбувається процес відновлення катіонів Na + електронами зовнішнього джерела струму:
Наанодійде процес окислення аніонів хлору, причому відрив надлишкових електронів від Cl здійснюється за рахунок енергії зовнішнього джерела струму:
Електронейтральні атоми хлору, що виділяються, з'єднуються між собою, утворюючи молекулярний хлор:Cl + Cl = Cl2, який і виділяється на аноді.
Сумарне рівняння електролізу розплаву хлориду натрію:
2NaCl -> 2Na + + 2Cl - електроліз - & gt; 2Na 0 + Cl2 0
Окислювально-відновна дія електричного струму може бути набагато сильнішою за дію хімічних окислювачів і відновників. Змінюючи напругу на електродах, можна створити майже будь-якої сили окислювачі та відновники, якими є електроди електролітичної ванни або електролізера.
Відомо, що жоден найсильніший хімічний окислювач не може відібрати уфторид-іона F -його електрон. Але це можливо при електролізі, наприклад, розплаву солі NaF. У цьому випадкуна катоді(відновник) виділяється з іонного стану металевий натрій або кальцій:
на аноді(окислювач) виділяється іон фтору F – , переходячи з негативного іона у вільний стан:
F - - e - = F 0; F 0 + F 0 = F2 0
-Продукти, що виділяються на електродах, можуть вступати між собою в хімічну взаємодію, тому анодні та катодні простір поділяють діафрагмою.
Практичне застосування електролізу.
Електрохімічні процеси широко застосовуються в різнихобластях сучасної техніки, ваналітичної хімії,біохіміїі т. д. Ухімічної промисловостіелектролізом отримують хлор і фтор, луги, хлорати та перхлорати, надсерну кислоту та персульфати, хімічно чисті водень і кисень і т. д. При цьому одні речовини одержують шляхом відновлення на катоді (альдегіди, параамінофенол та ін.), Інші електроокислення на аноді (хлорати, перхлорати, перманганат калію та ін.).
Електроліз угідрометалургіїє однією зі стадій переробки металовмісної сировини, що забезпечує отримання товарних металів. Електроліз може здійснюватися з розчинними анодами – процес електрорафінування або з нерозчинними – процес електроекстракції. Головним завданням при електрорафінуванні металів є забезпечення необхідної чистоти катодного металу за прийнятних енергетичних витрат.
У кольоровій металургії електроліз використовується для вилучення металів з руд та їх очищення. Електроліз розплавлених середовищ отримують алюміній, магній, титан, цирконій, уран, берилій та ін.
Длярафінування (очищення)металу електролізом з нього відливають пластини і поміщають їх як аноди в електролізер. При пропущенні струму метал, що підлягає очищенню, піддається анодному розчиненню, тобто перетворюється на розчин у вигляді катіонів. Потім ці катіони металу розряджаються на катоді, завдяки чому утворюється компактний осад вже чистого металу. Домішки, що знаходяться в аноді, або залишаються нерозчинними, або переходять в електроліт і видаляються.
Гальванотехніка– область прикладної електрохімії, що займається процесами нанесення металевих покриттів на поверхню як металевих, так і неметалевих виробів під час проходження постійногоелектричного струму через розчини їх солей Гальванотехніка розділяється на гальваностегію і гальванопластику.
¨Гальваностегія(від грецьк. покривати) – це електроосадження на поверхню металу іншого металу, який міцно зв'язується (зчіпується) з металом, що покривається (предметом), що служить катодом електролізера.
Перед покриттям виробу необхідно його поверхню ретельно очистити (знежирити та протруїти), інакше метал буде осаджуватися нерівномірно, а крім того, зчеплення (зв'язок) металу покриття з поверхнею виробу буде неміцним. Способом гальваностегії можна покрити деталь тонким шаром золота чи срібла, хрому чи нікелю. За допомогою електролізу можна наносити найтонші металеві покриття на різних металевих поверхнях. При такому способі нанесення покриттів деталь використовують як катод, поміщений в розчин солі того металу, покриття з якого необхідно отримати. Як анод використовується платівка з того ж металу.
¨Гальванопластика– отримання шляхом електролізу точних, легко відокремлюваних металевих копій щодо значної товщини з різних як неметалевих, і металевих предметів, званих матрицями.
За допомогою гальванопластики виготовляють бюсти, статуї тощо.
Гальванопластика використовується для нанесення порівняно товстих металевих покриттів на інші метали (наприклад, утворення накладного шару нікелю, срібла, золота і т. д.).