Электролиз процесінің негіздері

Кіріспе. 1. Қысқаша анықтама және ашылу тарихы. 2. Теориясы электролиз. 3. Фарадей заңдары негізінде жатқан электролиз. 4. Әсер ететін факторлар электролиз үрдісі. 5. Құбылыс электрод әлеуеті. 6. Құбылыс электрод әлеуеті. 7. Сипаттамасы электролитических процестер. 8. Техникалық электролизі мысалында хлор және натрий. 9. Қолдану электролиз жүргізу. Қорытынды. Кіріспе. Негізгі міндеттері басшылыққа ала отырып, оларға талдау жүргізілетін болады электролиз процесінің, төмендегідей анықталады. Түсіну үшін электролитических процестердің, ең алдымен тексерушінің қызметтік теориялық бөлігі (ашылу тарихы, Фарадей заңы). Келесі кезеңде қаралды қандай әсері әр түрлі факторлар әсер түпкілікті өнімдер электролит (сандық және сапалық құрамы). Егжей-тегжейлі тоқталайық на тәсілдері анықтау эксперименттік жолмен сапалық құрамын бастапқы электролит құрамы электролиз өнімдерінің. Сонымен қатар қарастырайық әр түрлі саласында қолдану электролиз, атап айтқанда, қолдану электролиз өнеркәсіп. 1. Қысқаша анықтама және ашылу тарихы.

Электрохимия ғылым ретінде қалыптасты на рубеже XVIII және XIX ғасырлар. Дәл сол кезде анықталып, аудандық вывело жаңа теориясын электрохимия. Түрткі құру және дамыту үшін электрохимия, ғылым ретінде жүйесін құру 1799 жылы итальяндық физик А. Вольта «вольтова бағанасының» — адамзат тарихындағы химиялық ток көзі және тәжірибелер итальяндық физиологтың Л. Гальвани. Электрохимия айтарлықтай жас ғылым. Тек басында позапрошлого ғасырдың екені өту кезінде электрлік ток арқылы сулы ерітінділері тұздары, болып жатқан химиялық айналдыру, бұл құруға әкеледі жаңа заттар. Тек өткен ғасырдың басында пайда болды электрохимия — ғылыми бағыт бойынша зерттеу электрохимиялық процестер ерітінділерде және расплавах заттар. Өнеркәсіптік қолдану электролиз мүмкін болды кейін пайда жетпісінші жылдары XIX ғасырдың қуатты генераторлар тұрақты электр тогы. Екі дербес бөлімнің ионику, изучающую құбылыстар электр өткізгіштігінің және зарядталған бөлшектердің қозғалысы әсерінен электр өрісі, және электродику, изучающую құбылыстар болып жатқан тікелей электродтың бетін кезде шекара арқылы электрод-ерітінді (еру) ағады, электр тогы, электрохимию болды бөлуге соңында жетпісінші жылдардың. Егер сұға энциклопедиялық сөздік, біз прочтем келесі анықтама: Электролиз ( электр және грек lysis – бұзылу, еруі, ыдырауы)- жиынтығы процестер электрохимиялық тотығу-қалпына келтіру тиелген электролит электродтары, рохождении ол арқылы электр тогының.»

Атап өту қажет электролизі болып табылады маңызды бағыттардың бірі электрохимия, кезінде негіз үшін маңызды ғылыми жаңалықтар саласындағы электрохимия. Электролитическими деп аталады химиялық айналдыру болып жатқан әсер ету кезінде заттар электр тогының. Айтқанда процестердің жиынтығы кезінде электролиз, сұрақты тікелей көші — қон иондар (оң — катоду, теріс қарай аноду), электрохимиялық реакциялар разрядты иондардың екінші реттік химиялық реакция электролиз өнімдерінің өзара, зат электролит және электрод, иондардың диффузия, разряжающихся арналған электродтары. Электролиз үрдісі, неодинаков барлық жағдайларда, және бірқатар факторларға байланысты — табиғат, электролиттің типті электролиттік ванналар, оңтайландыру өздерінің электролиздік процестер. Ажыратады техникалық және қолданбалы электролиз, ал электролиттік процестерді былайша сыныпталады: 1.алу металл қорытпалар 2.алу гальваникалық жабын 3.алу бейорганикалық заттардың (хлор, сутегі, оттегі, сілтілер және т. б.) 4.алу органикалық заттардың 5.тазалау металдарды (мыс, күміс) 6.алу металдар (магний, цинк, литий, натрий, калий, алюминий, мыс және т. б.) 7.бетін өңдеу металдар (электрополировка, азоттау, борирование, тазалау) 8.пленкаларды жағу кезінде көмек электрофорез 9.электродиализ және тұзсыздандыру Мақсаттылығы мен өзектілігі пайдалану электролиз ерекшелігі, оның көмегімен салыстырмалы түрде оңай алуға болады таза металдар, массалық үлесі ең элементтің онда ұмтылатын жүз пайызға тең. Ал мұндай металдар ретінде натрий, никель, таза сутегі және басқа да алады, тек осы әдісті пайдалана отырып.

Сондай-ақ, мыс және алюминий алады көбінесе электролиз әдісімен. Электролиз қолданылады жағу үшін позолоты және күмістен жасалған зергерлік бұйымдар. Металдар, ағаш пленкамен электролиз әдісімен, осылайша коррозиядан қорғайды. Зерттеу электрохимиялық процестер, ықпал ететін факторларды анықтау, белгілеу жаңа тәсілдерін пайдалану процестерін электролиз өнеркәсіптік жағдайда жалғасып жатыр және бүгінгі күні. Көптеген факторлар әлі түсінікті, ал бөлшектер зерттеуін талап етеді. Бірінші кезектегі міндет – жетілдіру әдістері электролиз үшін өндіріс ең тиімді, ең аз шығындармен және электр энергиясын ең көп шығатын өнім. Бұл ескеру керек әр түрлі әсер ететін факторлар саны мен сапасы электролиз өнімдерінің (материал электрод, ток тығыздығы, ток күші, электролит температурасы, т. б.).

2.Теориясы электролиз. Электролиз жүреді есебінен жүргізілген энергиясын тұрақты ток және энергия бөлінетін химиялық өзгерістері арналған электроде. Осылайша, электролиз қабілетті өтуі тек ортада жүргізетін электр тогы. Обратим назар өткізгіштер электр ток. Электролизімен деп аталады химиялық процесс жүріп жатқан кезде өтуі арқылы токтың электролит ерітіндісі. — Электр тогының өткізгіштеріне мыналар жатады — сулы ерітінділері, тұздар, қышқылдар және негіздер. Заттар мен ерітінділер жүргізетін электр тогы алды атауы — электролиттер. Осылайша, қышқылдар, негіздер және тұздар электролиттер болып табылады. Жаман жолсеріктері ток болып табылады – дистилденген су, су ерітінділері, қант, спирт, глицерин, сондай-ақ барлық ерітінділер қалыпты осмотическим қысыммен, соның ішінде, қышқылдар, тұздар мен негіздердің басқа сұйықтардағы. Құрғақ тұз, безводные қышқылдар мен негіздер (қатты түрде) ток өткізбейді. Энергия электролизі кезінде жұмсалады арттыру гиббсовой энергия жүйесінің білім беру үдерісінде мақсатты өнімдер және жартылай рассеивается түрінде жылу кезінде кедергілер кедергілерді электролизере және басқа да учаскелерінде электр тізбектері. «Катоде, нәтижесінде электролиз қалпына келтіру иондар немесе молекулалардың электролит, білімді жаңа өнімдер.

Катиондар қабылдайды электрондар және айналады иондары төмен тотығу дәрежесі немесе атомдар. «Аноде, нәтижесінде электролиз жүреді тотығу иондар немесе молекулалардың жүрген электролите немесе тиесілі материалға анодтың (анод ериді немесе тотығады). Осылайша,бастапқы өнімдерімен электролиз көрсетіледі сол бөлігінде қышқылдар, негіздер және тұздардың кезінде реакциялар алмасу, өзгереді, ауысады және бір заттар басқа. Зерттей өнімдері бөлінетін у электрод, электролизі кезінде қышқылдар, негіздер және тұздардың анықталды», — деп катодтарды әрқашан бөлінеді металл мен сутегі, ал анодтың қышқылды қалдықтары немесе гидроксиль тобы, кейін олар ұшырайды одан әрі өзгерістерге ұшырады. Қарастырайық егжей-тегжейлі процестер, электролизі кезінде. Белгілі бар бірінші текті өткізгіштер, электр көшіріледі көмегімен, электрондар, және екінші текті өткізгіштер, қашан электр көшіріледі иондарымен. Электрондар күшіне өзара іс-қимыл иондарымен орындарында электр тізбектері, онда жолсерік бірінші текті шектеседі жолсерік екінші текті. Осылайша жүріп жатқан электрохимиялық процестер. Жүйесі деп аталады химиялық энергия көзі, егер бұл процестер ағады лифті өздігінен қозғалып кетуі. Егер олардың ағуы негізделген жеткізумен, электр энергиясын сырттан, онда жүреді электролизі. Электрохимиялық процестер, у электродтарды электролизі кезінде, ең алдымен, тәуелді болады арақатынасын электродтық потенциалдар тиісті электрохимиялық жүйелер. Бірнеше ықтимал үрдістің өтуі сол жүзеге асыру, оның ұласады ең аз энергия жұмсаумен. Бұл білдіреді, бұл катоде қалпына келтірілетін болады тотықты нысанын электрохимиялық жүйелердің ең маңызды электродтық потенциал, ал аноде болады окисляться қалпына келтірілген нысандары жүйелердің ең аз электродным әлеуеті бар. Енді қарастырайық процесс электролиз мысалында балқыманы магний хлориді.

Егер өткізіп ток арқылы еру MgCl2, катиондар магний ұмтылады теріс электроду, байланыса отырып приходящими сыртқы тізбектің электронами, қалпына келтірілетін болады. Mg2++2e-=Mg Ал аниондар хлор бастайды, әсерінен эл. ток жүріп-тұруға оң электроду, сондай-артық электрондары және окисляясь. Бұл бастапқы процесс болып табылады электрохимиялық стадия — хлор иондарының тотығу 2Cl-=2Cl+2e- екінші процесс — байлау түзілетін атомдар хлор молекулалары 2Cl=Cl2 Енді, аламыз жиынтық теңдеуі тотығу-қалпына келтіру реакциялары балқыманы, происходящей электролизі кезінде ала қалыптасқан теңдеулер процестерді бар электродтар. Теңдеуі болады түрі: Mg2+ + 2Cl-l=Mg + Cl2 Басқа иондардың электролит, барлық су ерітіндісінде иондары бар өнімдер болып табылатын диссоциации судың Н+ және ОН-. Молекулалар су, сондай-ақ ұшырайды электрохимическому тотықтандыру немесе қалпына келтіру, белгілі бір жағдайларда. Катиондар, электролиттің сияқты катиондар сутегі болады разряжаться у катодты. Және аналогия бойынша, анодтың болады разряд аниондарды электролит және иондар гидроксиді. Ескеру қажет шамасын әлеуетін қалпына келтіру процесін сутек ионының қарастыра отырып, катодтық процестер, су ерітінділерінің электролизі кезінде. Бұл потенциал тәуелді концентрациясы сутегі иондарының жағдайда бейтарап ерітінді (рН=7) бар мәні: φ=-0,059*7=-0,41 Β. Көрсетілгендей, білдіру, бейтарап ерітіндісін у катодты бөлінетін болады металл, электролите құрылған металмен, және, демек, бар электрод әлеуеті айтарлықтай положительнее қарағанда, -0,41 В. Ал электролиттер, металл бар әлеуеті айтарлықтай теріс қарағанда -0,41 В, металл қалыпқа келтіруге болады, ал жылдамдық бөлу сутегі. Бірінші жағдайда, бар байланысты мұндай металдар, олар бірқатар кернеу жақын сутегі (бастап шамамен қалайы) және одан кейін. Екінші жағдайда — металдар басталған бірқатар кернеу — шамамен дейін титан. Ақырында, егер потенциал металдың жақын шамасы -0,41 В (металдар орта бөлігінде бірқатар—Zn,Cr,Fe,Ni), онда байланысты ерітіндінің концентрациясы және электролиз жағдайларын болады металды қалпына келтіру, сондай-ақ бөлу, сутегі; жиі байқалады бірлескен металды бөлу және сутегі. Электрохимиялық бөлінуі сутегі бірі-қышқыл ерітінділерін жүреді вследствии разрядты иондардың сутегі. Егер бейтарап немесе сілтілі орталарда ол болып табылады нәтижесі электрохимиялық қалпына келтіру су: 2Н2О + 2е- =Н2 + 2ОН- Осылайша, сипаты катодтық процесінің электролизі кезінде су ерітінділерін анықталады ең алдымен, ережеге сәйкес тиісті металды бірқатар кернеу. Бірқатар жағдайларда үлкен маңызға ие ерітіндінің рН, металл иондарының шоғырлануы және басқа да шарттары электролиз.

Қарау кезінде анодты процестерді ескеру керек, бұл материал анодтың» барысында электролиз мүмкін окисляться. Осыған байланысты ажыратады электролиз с инертті анодом және электролиз белсенді анодом. Инертті анод деп аталады, материалды емес ұшырауда тотығу барысында электролиз. Белсенді деп аталады анод, оның материалы мүмкін окисляться барысында электролиз. » материалдары ретінде инертті анод жиі қолданады графит, көмір, платина. «Инертном аноде электролизі кезінде су ерітінділерін сілтілер, кислородсодержащих қышқылдар және олардың тұздары, сондай-ақ фторсутекті қышқылды және фторидтер жүреді электрохимиялық тотығу су бөлумен оттегі. Байланысты ерітіндінің рН-бұл процесс ағады әр түрлі және жазылуы мүмкін әр түрлі уравнениями. Сілтілі ортада теңдеуі түрі бар: 4ОН- =О2 + 2Н2О + 4е- ал қышқыл немесе бейтарап: 2Н2О =О2 + 4Н+ + 4е- Қаралып отырған жағдайларда электрохимиялық тотығу су болып табылады энергетикалық тиімді процесс. Кислородсодержащие аниондар немесе қабілетті окисляться, немесе олардың тотығуы жүреді кезінде өте жоғары потенциалах. Мысалы, стандартты тотығу әлеуеті ион SO42- 2SO42- =S2O82- + 2e- тең 2,010 В, едәуір асады стандартты тотығу әлеуеті-судың (1,228).

Стандартты потенциалы ион тотығу F — бар, тағы да үлкен маңызға ие (2,87). Су ерітінділерінің электролизі кезінде бескислородных қышқылдар және олардың тұздарының (бұдан HF және фторидтер) анодтың разряжаются аниондар. Атап айтқанда, ерітінділердің электролизі кезінде HI,HBr,HCl және оның тұздарының у анодтың бөлінеді тиісті галоген. Айта кетейік, бөлу хлордың электролизі кезінде HCl және оның тұздарының қарама-қайшы өзара ережеге жүйелер 2Cl- =2Cl + 2e- (φ=1,359 Β) және 2Н2О =О2 + 4Н+ + 4е- (φ =1,228 Β) қатарында стандартты электродтық потенциалдар. Бұл аномалия байланысты елеулі перенапряжением екінші осы екі электродты процестер—анодтың материалы көрсетеді тормозящее қолданысқа бөліну процесіне оттегі. Жағдайда белсенді анодтың саны бәсекелес қышқылдану процестерін артады дейін үш: электрохимиялық тотығу су бөле отырып, оттегі, разряд аниона (т. е. оның тотығу) және электрохимиялық тотығу металды анодты (деп аталатын анодтық еріту, металды). Осы ықтимал процестер жүреді сол, ол энергетикалық неғұрлым тиімді. Егер металл анодты орналасқан бірқатар стандартты потенциалдар бұрын екі басқа электрохимиялық жүйелер, онда болады байқалуы анодтық еріту, металды.

Олай болмаған жағдайда болады бөлу оттегінің немесе разряд аниона. Қарастырайық бірнеше типтік жағдайларын су ерітінділерін электролиздеу. Электролиз CuCl2 ерітіндісінің инертті анодом. Мыс бірқатар кернеулердің орналасқан кейін сутегі; сондықтан катодты болады разряд иондары Cu2+ және бөлу металл мыс. У анодтың болады разряжаться хлорид-иондары. Схемасы электролиз хлорид ерітіндісі мели (II): CuCl2 Катод ← Cu2+ 2Cl- → Анод Cu2+ + 2e- =Cu 2Cl- =2Cl + 2e- 2Cl=Cl2 Электролиз K2SO4 ерітіндісінің инертті анодом. Өйткені калий қатарында напряженний тұр едәуір ертерек сутегі болса, онда катодты болады бөлу сутегі және жинақтау-. У анодтың болады оттегін бөліп шығару және жинақтау Н+ иондарының. Сонымен қатар катодты кеңістікке келетін болады иондар К+, анодтық—иондары SO42- . Осылайша, ерітінді, оның барлық бөліктерінде болып қалады электронейтральным. Алайда катодном кеңістікте шоғырланады сілті, ал в анодты—қышқылы. Схемасы электролиз ерітіндісін калий сульфаты: 2K2SO4 Катод ← 4K+ 2SO42- →Анод 4K+ 2SO42- 4Н2О + 4е- =4ОН- + 2Н2О 4Н=4Н+ + 2О + 4e- КОН 4Н=2Н2 2О=О2 Н2ЅО4 Электролиз ерітіндісін NiSO4 с никелевым анодом. Стандартты әлеуеті никель (-0,250 В) бірнеше артық -0,41 В; сондықтан электролизі кезінде бейтарап NiSO4 ерітіндісінің арналған катоде негізінен жүреді разряд иондарының Ni2+ және бөлу металл.

«Аноде жүреді қарама-қарсы процесс—тотығу металды, өйткені әлеуеті никель әлдеқайда аз әлеуетін тотығу су, ал —әлеуетін тотығу ион SO42- . Осылайша, бұл жағдайда электролиз азайтатын растворению металдың анодты және бөлу, оның катоде. Схемасы электролиз ерітіндісін никель сульфаты: NiSO4 Катод Ni2+ SO42- ® Анод SO42- Ni2+ + 2e- =Ni Ni=Ni2+ + 2e- Бұл процесс үшін қолданылады электрохимиялық тазалау никель. 3.Фарадей заңдары негізінде жатқан электролиз. Фарадейдің Бірінші Заңы: Заттың массасы, выделившегося арналған электроде өту кезінде по раствору электролит электр ток санына тікелей пропорционалды электр». ∆m=k э Q мұндағы ∆m – саны прореагировавшего заттар; Q – электр мөлшері; кэ коэффициенті пропорционалдық көрсететін, қанша заттар прореагировало өту кезінде бірліктер санын етті.

Добавить комментарий

Your email address will not be published.