Жилищно-комунални услуги 

Приложение на електролизата в техниката и медицината. Използването на електролиза в технологиите”

Получаването на целеви продукти чрез електролиза дава възможност за относително прост (чрез регулиране на силата на тока) контрол на скоростта и посоката на процеса, поради което е възможно да се извършват процеси както в "най-меката", така и в изключително "твърдата" условия на окисление или редукция, получаване на най-силните окислители и редуциращи агенти. H2 и O2 се получават чрез електролиза от вода, Cl2 от водни разтвори на NaCl, F2 от стопилка KF в KH2F3.

Хидроелектрометалургия - важна индустрияметалургия на цветни метали (Сu, Bi, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Cd, Zn); използва се и за получаване на благородни и разпръснати метали, Mn, Cr. Електролизата се използва директно за катодно отделяне на метала, след като той е прехвърлен от рудата в разтвора и разтворът е пречистен. Този процес се нарича електроекстракция. Електролизата се използва и за пречистване на метала - електролитно рафиниране (електрорафиниране). Този процес се състои в анодно разтваряне на замърсения метал и последващото му катодно отлагане. Рафинирането и електроекстракцията се извършват с течни живачни и амалгамени електроди (амалгамова металургия) и с твърди метални електроди.

Електролизата на електролитни стопилки е важен метод за производството на много метали. Така например, суровият алуминий се получава чрез електролиза на стопилка от криолит-алуминий (Na3AlF6 + Al2O3), суровината се пречиства чрез електролитно рафиниране. В този случай стопилката Al, съдържаща до 35% Cu (за претегляне), служи като анод и следователно се намира на дъното на електролизната вана. Средният течен слой на ваната съдържа ВаСl2, AlF3 и NaF, а горният слой съдържа разтопен рафиниран Al и служи като катод.

Електролизата на стопилка от магнезиев хлорид или дехидратиран карналит е най-разпространеният метод за получаване на Mg. В индустриален мащаб електролизата на стопилките се използва за получаване на алкални и алкалоземни метали, Be, Ti, W, Mo, Zr, U и др.

Електролитните методи за производство на метали също включват редукция на метални йони от друг, по-електроотрицателен метал. Изолирането на метали чрез тяхната редукция с водород също често включва етапите на електролизата - електрохимичната йонизация на водорода и утаяването на метални йони поради освободените при този процес електрони. Важна роля играят процесите на съвместно освобождаване или разтваряне на няколко метала, съвместно освобождаване на метали и молекулярен водород на катода и адсорбция на компонентите на разтвора върху електродите. Електролизата се използва за получаване на метални прахове с желани свойства.

Други важни приложения на електролизата са галванопластика, електросинтеза, електрохимична обработка на метали и защита от корозия.

Електролизери. Конструкцията на промишлени апарати за извършване на електролитни процеси се определя от естеството на процеса. В хидрометалургията и галванопластиката се използват предимно т. нар. кутийни електролизери, които представляват отворен съд с електролит, в който са поставени редуващи се катоди и аноди, свързани съответно към отрицателния и положителния полюс на източник на постоянен ток. За производството на аноди се използват графит, въглеродно-графитни материали, платина, оксиди на желязо, олово, никел, олово и неговите сплави; използвайте титанови аноди с ниско износване с активно покритие от смес от оксиди на рутений и титан (оксидни рутениево-титанови аноди или ORTA), както и от платина и нейните сплави. За катоди в повечето електролизери се използва стомана, вкл. с различни защитни покрития, като се вземе предвид агресивността на електролита и продуктите от електролизата, температурата и други условия на процеса. Някои електролизери работят при високо налягане, например разлагането на водата се извършва под налягане до 4 MPa; също се разработват електролизери за по-високо налягане. Пластмасите, стъклото и фибростъклото и керамиката се използват широко в съвременните електролизери.

В много електрохимични индустрии се изисква разделяне на катодното и анодното пространство, което се извършва с помощта на диафрагми, които са пропускливи за йони, но възпрепятстват механичното смесване и дифузия. Това постига разделяне на течни и газообразни продукти, образувани върху електродите или в обема на разтвора, предотвратява участието на началните, междинните и крайните продукти на електролизата в реакции на електрода с противоположен знак и в околоелектродното пространство. . В порестите диафрагми както катионите, така и анионите се транспортират през микропори в количества, съответстващи на числата на прехвърляне. В йонообменните диафрагми (мембрани) се пренасят или само катиони, или аниони, в зависимост от природата на йоногенните групи, включени в техния състав. При синтеза на силни окислители обикновено се използват недиафрагмени електролизатори, но K2Cr2O7 се добавя към електролитния разтвор. По време на електролиза върху катода се образува порест хромит-хроматен филм, който играе ролята на диафрагма. При получаване на хлор се използва катод под формата на стоманена мрежа, върху която е нанесен слой азбест, който играе ролята на диафрагма. По време на електролиза, солевият разтвор се подава в анодната камера и разтворът на NaOH се отстранява от анодната камера.

Електролизерът, използван за производство на магнезий, алуминий, алкални и алкалоземни метали, е баня, облицована с огнеупорен материал, на дъното на която има разтопен метал, служещ като катод, докато анодите във формата на блокове са разположени над слой течност метал. В процесите на мембранно производство на хлор, в електросинтезата се използват електролизатори тип филтър-преса, сглобени от отделни рамки, между които са поставени йонообменни мембрани.

По естеството на връзката към източника на захранване се разграничават монополярни и биполярни електролизатори. Монополярният електролизер се състои от една електролитна клетка с електроди с еднаква полярност, всеки от които може да се състои от няколко елемента, свързани паралелно в токовата верига. Биполярният електролизатор има голям брой клетки (до 100-160), свързани последователно в токовата верига, като всеки електрод, с изключение на двата крайни, работи от едната страна като катод, а от другата като анод. Монополярните електролизатори обикновено са предназначени за висок ток и ниско напрежение, биполярни - за относително малък ток и високо напрежение. Съвременните електролизатори позволяват високо токово натоварване: монополярни до 400-500 kA, биполярни - еквивалентни на 1600 kA.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http://www.allbest.ru//

публикувано на http://www.allbest.ru//

Общинско държавно учебно заведение

"Средно училище №7"

Есе по физика на тема: "Приложение на електролизата"

Изпълнено:

ученик от 10 клас "А"

MKOU "Средно училище № 7"

Солодовникова Дария

Ръководител:

Яковлева Вера Егоровна

Изобилие, 2017 г

Въведение

Електролизата (от гръцки "lysis" - разлагане, разтваряне, гниене) е съвкупност от физико-химични явления върху електроди в течност по време на преминаване на електрически ток. Например, като потопим два електрода във вода и ги свържем към източник на постоянен ток, установяваме, че около електродите се отделят мехурчета - това са газове водород и кислород. Когато се образуват, масата на водата намалява, тоест тя се разлага на съставните й елементи (фиг. 1) Ако електродите се потопят не във вода, а в разтвори или стопилки на соли, киселини и основи, тогава може да се наблюдавайте отделянето на други газове и дори твърди вещества, отложени върху повърхността на електродите. Поради тази причина електролизата се използва широко в инженерството.

Електрометалургия

Много метали се получават чрез електролиза в промишлеността: алуминий, мед, магнезий, хром, титан и др. Например, за да се получи чист алуминий, руда, разтопена при 900 ° C, се излива в специална метална баня, съдържаща алуминий в химически свързана форма (обикновено под формата на оксиди). Във ваната се спускат въглеродни пръти, които служат като аноди, а самата баня е катод. При преминаване на ток през стопилката на дъното на ваната се отделя течен алуминий, който се оттича през отвора на дъното на ваната.

Рафиниране (пречистване) на метали

В електротехниката, поради добрата си електропроводимост, медта е най-широко използваната като проводник материал. медни руди, в допълнение към медта, съдържа много примеси, като например желязо, сяра, антимон, арсен, бисмут, олово, фосфор и др. Процесът на получаване на мед от руда е както следва. Рудата се раздробява и изпича в специални пещи, където някои примеси изгарят, а медта се превръща в меден оксид, който отново се топи в пещи заедно с въглищата. Протича процес на редукция и се получава продукт, наречен черна мед, със съдържание на мед 98--99%. Медта, използвана за нуждите на електротехниката, трябва да бъде най-чиста, тъй като всякакви примеси намаляват електрическата проводимост на медта. Такава мед се получава от черна мед чрез електрическо рафиниране. Нерафинираната мед се суспендира като анод във вана с разтвор на меден сулфат. Катодът е лист от чиста мед. Когато през ваната преминава електрически ток, медта от анода преминава в разтвор и оттам се отлага върху катода. Електролитната мед съдържа до 99,95% мед. Медта в електротехниката се използва за производството на изолирани проводници, кабели, намотки на електрически машини и трансформатори, медни ленти, ленти, колекторни плочи, машинни части и апарати.

По подобен начин се получават и други чисти метали - никел, олово, злато Второто място след медта в електротехниката заема алуминият. Суровината за производство на алуминий е боксит, състоящ се от алуминиев оксид (до 70%), силициев оксид и железен оксид. В резултат на обработката на боксит с алкали се получава продукт, наречен алуминиев оксид (Al2O3).Двуалуминиевият оксид с някои добавки (за понижаване на точката на топене) се зарежда в огнеупорна пещ, стените и дъното на която са облицовани с въглеродни плочи свързан към отрицателния полюс на източник на напрежение. През капака на пещта преминава въглероден прът, който служи като анод. Първо, въглеродният анод се спуска, което води до електрическа дъга, която разтапя алуминиевия оксид. Впоследствие се извършва електролиза на стопената маса. Чистият алуминий се натрупва на дъното на съда, откъдето се излива във форми. Процентът на алуминий в метала достига 99,5%. За производството на алуминий е необходимо голямо количество електроенергия. Затова алуминиеви заводи се изграждат в близост до големи водноелектрически централи с евтина електроенергия. Алуминият в електротехниката се използва за производство на проводници, кабели, получаване на някои сплави.

Медта, използвана в електротехниката и радиотехниката за производството на проводници, трябва да бъде чиста, тъй като примесите намаляват електрическата проводимост. За да се почисти медта от примеси, разтвор на меден II сулфат (остаряло име е меден сулфат) се излива в електролитната баня и се спускат две плочи: анодът е дебела плоча от сурова мед, а катодът е тънък лист чиста мед. При преминаване на електрически ток анодът постепенно се разтваря, примесите се утаяват и чистата мед се утаява върху катода. По подобен начин се получават и други чисти метали – никел, олово, злато.

галванопластика

За да направим продуктите красиви външен вид, сила или за

защита от корозия, те са покрити с тънък слой от някакъв метал: никел, хром и др. За да направите това, продуктът се почиства старателно, обезмаслява се и се поставя като катод в електролитна баня, съдържаща сол на метала, който искате да Покрийте. За по-равномерно покритие е полезно да използвате две плочи като анод, поставяйки продукта между тях.

Електротипия

Това е електролитно отлагане на метал върху повърхността на обект, за да се възпроизведе неговата форма. За да направите това, първо се взема отпечатък от предмета (от восък или гипс) и се покрива с проводим слой, например слой от графит. Така подготвеният предмет се поставя като катод във вана със солен разтвор на съответния метал. Когато токът е включен, металът от електролита се утаява върху повърхността на обекта. Галванопластиката се използва за изработване на неограничен брой точни копия на продукта, от който е взет отпечатъкът.

Галванопластика

Ако издълбан метален продукт се постави в разтвор на електролит и се включи токът, тогава най-силното електрическо поле се образува при микроскопични издатини на повърхността на този продукт. Ако е свързан към „+“ на източника на ток, тогава металните йони ще „избягат“ най-интензивно точно от издатините и металната повърхност ще се изравни.

електрофореза

Електрофорезата (от гръцки "форезис" - прехвърляне) е медицинска процедура. Електродите се поставят върху човешкото тяло. Между тялото и електрода се поставя хартия или плат, импрегнирани с електропроводимо лекарство. Когато токът е включен, започва движението на заредени частици от хартия или плат в кожата и след това в човешкото тяло. Така протича процесът на прилагане на лекарството, чиято скорост може да се контролира,

промяна на тока.

Добив на метали

Извличането на метали от първа и втора група на периодичната система се извършва чрез електролиза от стопените халогениди на тези метали. Например, натрият се получава чрез електролиза на разтопен натриев хлорид в клетка на Downs. Магнезият се получава чрез електролиза на магнезиев хлорид, който от своя страна се получава от доломит и морска вода.

Анодиране (анодно оксидиране)

електролиза окисление анодиране

Анодирането е метод за получаване на оксиден филм в течни или твърди електролити.

По време на анодирането повърхността на метала, който се окислява, има положителен потенциал.

Анодирането се използва за получаване на защитни и декоративни слоеве върху повърхностите на различни метали и сплави.

Анодното оксидиране най-често се използва за получаване на покритие върху алуминий и неговите сплави.

Слоевете, получени върху алуминий, имат защитни, изолационни, износоустойчиви и декоративни свойства.

Методи за плазмено окисление

Плазменото окисление се извършва при ниски температури в плазма, съдържаща кислород. Плазмата се образува с помощта на DC разряди, микровълни, RF разряди.Такова окисление се използва за получаване на оксидни слоеве на повърхността на силиций и полупроводникови съединения.

Плазменото окисление също повишава фоточувствителността на сребърно-цезиевите фотокатоди.

Микродъговото оксидиране е метод за получаване на многофункционални оксидни слоеве.

Този метод ви позволява да нанасяте слоеве с високи защитни, корозионни, топлоустойчиви, изолационни, декоративни свойства. Външният вид на покритието прилича на керамика.

Процесът на микродъгово окисление в повечето случаи се извършва в слабо алкални електролити с импулсен или променлив ток.

Оксидният слой се образува приблизително 70% дълбоко в основния метал.Дебелината на покритието е около 200 - 250 микрона.Микродъговото оксидиране позволява да се получат покрития върху части със сложен релеф.алуминиеви сплави.

Полиране на метални изделия

Електрохимичното полиране на повърхности се извършва в електролитни разтвори. В този случай анодът е продукт, който се потапя във вана с електролит. Под въздействието на електрически ток металите се разтварят и се образува оксиден филм с малка дебелина. Интензивността на процеса се контролира чрез промяна на плътността на тока и напрежението.Съставът на електролита, неговата температура и режим на полиране се определят в зависимост от метала, размера и конфигурацията на продукта. Основното изискване е стабилността на електролита и способността му да образува защитен филм с висока устойчивост на електрическо напрежение.

За продукти от черни метали се използват разтвори, съдържащи сярна и фосфорна киселина, медни, месингови и стоманени повърхности се полират в ортофосфорни електролити, алуминий - в кисели и алкални разтвори, благородни метали (сребро и злато) - в разтвори, съдържащи тиокарбамид.

Електрохимично оцветяване на изделия от цветни метали и техните сплави.?

Чрез пасивиране на метала, тоест чрез създаване на оксидни или солеви филми, е възможно да се оцветяват или тонират метали. Дебелината на такива филми е съизмерима с дължината на вълната на видимата светлина, така че цветът на тонираната повърхност зависи от дебелината на покритието и цвета на метала. За химическо окисляване с цел оцветяване широко се използва разтвор на персулфат, а за електрохимично окисляване продуктът се прави като анод. В последния случай се казва, че оцветяването се извършва чрез анодиране. Най-често на тонизиране се подлагат продукти от мед и неговите сплави, както и алуминий, калай и никел.

Заключение

Уместността на електролизата се обяснява с факта, че много вещества се получават по този начин Получаване на неорганични вещества (водород, кислород, хлор, основи и др.) Получаване на метали (литий, натрий, калий, берилий, магнезий, цинк, алуминий, мед) e.) Пречистване на метали (мед, сребро,…) Получаване на метални сплави Получаване на галванични покрития Обработка на метални повърхности (азотиране, бориране, електрополиране, почистване) Получаване на органични вещества, електродиализа и обезсоляване на вода, нанасяне на филми чрез електрофореза .

Библиография

1. Новошински, Н.С. Новошинская. Химия

2. Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев Н. Н. Соцки. Физика 10 клас

Приложение

снимка 5 Публикувано на Allbest.ru

...

Подобни документи

    Получаване на експериментални проби от матрични платформи от алуминиев оксид с подредена структура на сквозна порьозност с помощта на разтвор на оксалова киселина и двустепенен потенциостатичен режим на анодиране при дадени температури.

    резюме, добавено на 25.06.2010 г

    Методът на отлагане на елемента се определя чрез електролиза върху предварително претеглен електрод. Изисквания към електродите, използвани в електрогравиметрията. Подчинение на законите на Фарадей. Електрохимична поляризация. Електролиза в кулонометрична клетка.

    резюме, добавено на 24.01.2009 г

    Условия, влияещи върху самоорганизацията на наночастиците. Свойства на нанокристалния магнезий, титан, тяхното приложение. Принципът на действие на наномащабен електронен ключ. Характеризиране на мономери на биомакромолекули: протеини, нуклеинови киселини и полизахариди.

    тест, добавен на 20.12.2014 г

    История справка. Положението на медта в периодична система DI. Менделеев. разпространение в природата. Получаване, физични свойства, приложение. Метод на електролитно отлагане. Изграждане на физико-математически модел. Дефиниране на характеристиките.

    курсова работа, добавена на 24.12.2005 г

    Свойства на нанокристални прахови материали на базата на огнеупорни съединения. Високоенергийни методи за консолидация на прахообразни наноматериали. Получаване чрез синтероване и свойства на плътни проби от титанов карбонитрид с нанокристална структура.

    резюме, добавено на 26.06.2010 г

    Електрически ток в метали, полупроводници и електролити. Лентов модел на електронна проводимост на метали. Квантово-механично обяснение на свръхпроводимостта в полупроводниците. Електрически ток в електролити. Използването на електролиза в производството.

    презентация, добавена на 13.02.2016 г

    Разтворимост на водорода в алотропната форма на титан. Ефектът на водорода върху механични свойстватитан с висока чистота. Класификация на титановите сплави по легиращи елементи. Същността на механизма и признаците на водородна крехкост на титанови сплави.

    резюме, добавено на 15.01.2011 г

    Електрически ток в разтвор, подредено движение на заредени частици, електролитна дисоциация. Насочено движение на електрони на източник на електрическа енергия. Електролитно промишлено производство на алуминий, галванопластика и обработка на метали.

    презентация, добавена на 26.03.2012 г

    Открития на явлението електролиза. Сравнение на първите галванични елементи със съвременни батерии на водещи световни фирми. Процесът на електролиза в електролитни стопилки. Механизмът на електрически ток в течни проводници. Основни галванични елементи.

    доклад от практиката, добавен на 27.05.2010 г

    Принцип на действие и видове лазери. Основни свойства на лазерния лъч. Начини за увеличаване на мощността на лазерното лъчение. Изследването на характеристиките на оптичните квантови генератори и тяхното излъчване, които са намерили приложение в много индустрии.

Докладът на ученика 10 клетки. "Б"

училища 1257

Масолова Елена по темата:

Приложение на електролизата.


същността на електролизата.

Електролизатова е окислително-възстановителен процес, който се случва на електродите, когато постоянен електрически ток преминава през разтвор или стопилка от електролити.

За да извършите електролиза, свържете към отрицателния полюс на външен източник на постоянен ток катод, и към положителния полюс анод, след което се потапят в електролитна клетка с електролитен разтвор или стопилка.

Електродите, като правило, са метални, но се използват и неметални, като графит (проводим).

На повърхността на електрод, свързан към отрицателния полюс на източник на постоянен ток (катод), йони, молекули или атоми прикрепват електрони, т.е. протича електрохимична редукционна реакция. На положителния електрод (анод) се отделят електрони, т.е. протича окислителна реакция. По този начин, същността на електролизатае, че процесът на редукция протича на катода, а процесът на окисление протича на анода.

В резултат на електролизата върху електродите (катод и анод) се отделят съответните продукти на редукция и окисление, които в зависимост от условията могат да реагират с разтворителя, електродния материал и др., така наречените вторични процеси.

Металните аноди могат да бъдат: а) неразтворими или инертни (Pt, Au, Ir, графит или въглища и др.), по време на електролиза те служат само като предаватели на електрони; б) разтворими (активни); по време на електролиза те се окисляват.

В разтвори и стопилки на различни електролити има йони с противоположни знаци, т.е. катионии анионикоито са в хаотично движение. Но ако електродите се спуснат в такава електролитна стопилка, например стопилка от натриев хлорид NaCl, и се подаде постоянен електрически ток, тогава Na + катиони ще се придвижат към катода, а Cl аниони към анода. На катод клетка, протича процесът на редукция на Na + катиони от електрони на външен източник на ток:

Na+ +e= Na0

На анод има процес на окисление на хлорни аниони и отделянето на излишните електрони от Cl се извършва поради енергията на външен източник на ток:

клд=Cl0

Освободените електрически неутрални хлорни атоми се комбинират, за да образуват молекулен хлор: Cl + Cl = Cl2 , който се отделя на анода.

Общото уравнение за електролиза на стопилка от натриев хлорид:

2NaCl> 2Na+ + 2Clелектролиза> 2Na0 +Cl2 0

Редокс ефектът на електрическия ток може да бъде многократно по-силен от ефекта на химическите окислители и редуктори. Чрез промяна на напрежението на електродите е възможно да се създаде почти всяка сила на окислители и редуциращи агенти, които са електродите на електролитна вана или електролизатор.

Известно е, че нито един от най-силните химически окислители не може да отнеме флуориден йон Fсвоя електрон. Но това е осъществимо при електролиза, например, на стопилка на NaF сол. В такъв случай на катода (редуциращ агент) металът натрий или калций се освобождава от йонно състояние:

Na+ +e= Na0

на анода (окислител) се освобождава флуорен йон F, преминавайки от отрицателен йон в свободно състояние:

Ед= Ф0 ; Е0 + Ф0 = Ф2 0

  1. Продуктите, отделени върху електродите, могат да влязат в химично взаимодействие помежду си, така че анодното и катодното пространство са разделени от диафрагма.

Практическо приложение на електролизата.

Електрохимичните процеси се използват широко в различни области на съвременните технологии, в аналитична химия,биохимияи т.н химическа индустрия при електролиза се получават хлор и флуор, основи, хлорати и перхлорати, персулфатна киселина и персулфати, химически чист водород и кислород и др. В този случай някои вещества се получават чрез редукция на катода (алдехиди, парааминофенол и др.), други чрез електроокисление на анода (хлорати, перхлорати, калиев перманганат и др.).

Електролиза в хидрометалургияе един от етапите в преработката на металосъдържащи суровини, който осигурява производството на продаваеми метали.
Електролизата може да се извърши с разтворими аноди - процесът на електрорафиниране или с неразтворими - процесът на електроекстракция.
Основната задача при електрорафинирането на металите е да се осигури необходимата чистота на катодния метал при приемливи енергийни разходи.

В цветната металургия електролизата се използва за добив на металот руди и почистване. Електролизата на разтопена среда произвежда алуминий, магнезий, титан, цирконий, уран, берилий и др.

За рафиниране (почистване)метални пластини се отливат от него чрез електролиза и се поставят като аноди в електролитна клетка. При преминаване на ток металът, който трябва да бъде пречистен, претърпява анодно разтваряне, т.е. преминава в разтвор под формата на катиони. След това тези метални катиони се разреждат на катода, при което се образува компактно отлагане от вече чист метал. Примесите в анода или остават неразтворими, или преминават в електролита и се отстраняват.

Галванопластика областта на приложната електрохимия, която се занимава с процесите на нанасяне на метални покрития върху повърхността на метални и неметални продукти чрез преминаване на постоянен електрически ток през разтвори на техните соли. Галванопластиката се разделя на галванопластика и галванопластика.

  1. галванопластика (от гр. покривам) е електроотлагане върху повърхността на метал на друг метал, който здраво се свързва (прилепва) към покрития метал (предмет), който служи като катод на електролизера.

Преди да нанесете покритие върху продукта, повърхността му трябва да бъде добре почистена (обезмаслена и ецвана), в противен случай металът ще се отложи неравномерно и освен това адхезията (свързването) на покриващия метал към повърхността на продукта ще бъде крехка. Галванопластиката може да се използва за покриване на част с тънък слой злато или сребро, хром или никел. С помощта на електролиза е възможно да се нанасят най-тънките метални покрития върху различни метални повърхности. При този метод на нанасяне на покритие детайлът се използва като катод, поставен в солев разтвор на метала, от който трябва да се получи покритието. Като анод се използва плоча от същия метал.

  1. Електротипия получаване чрез електролиза на точни, лесно разглобяеми метални копия с относително значителна дебелина от различни неметални и метални предмети, наречени матрици.

Бюстове, статуи и т.н. се изработват чрез електроформоване.

Галванопластиката се използва за нанасяне на относително дебели метални покрития върху други метали (например образуването на "насложен" слой от никел, сребро, злато и др.).

В допълнение към горното, електролизата е намерила приложение и в други области:

  1. получаване оксидни защитни филмивърху метали (анодиране);
  1. електрохимична повърхностна обработка на метален продукт ( полиране);
  1. електрохимичен оцветяванеметали (например мед, месинг, цинк, хром и др.);
  1. пречистване на водатаотстраняване на разтворими примеси от него. Резултатът е така наречената мека вода (доближава се по свойства до дестилираната вода);
  1. електрохимичен заточванережещи инструменти (напр. хирургически ножове, бръсначи и др.).

Електролизата се използва широко в инженерството.

Рафиниране или рафиниране на метали. Процесът протича в електролитна вана. Анодът е металът, който трябва да се пречиства, катодът е тънка плоча от чист метал, а електролитът е разтвор на сол на даден метал, например при рафиниране на мед, разтвор на меден сулфат. Замърсените метали могат да съдържат ценни примеси. Така че медта често съдържа никел и сребро. За да може върху катода да се отделя само чист метал, трябва да се има предвид, че отделянето на всяко вещество започва само при определена специфична потенциална разлика между електродите, наречена "потенциал на разлагане". При правилния избор чистата мед се освобождава от разтвора на меден сулфат на катода и примесите се утаяват или преминават в разтвор.

Електрометалургия. Някои метали, като алуминий, се получават чрез електролиза от разтопена руда. Желязна кутия с въглищен под служи като електролитна вана и в същото време като катод, а въглеродните пръти служат като анод. Температурата на рудата (около 900 ° C) се поддържа от тока, протичащ в нея. Разтопеният алуминий потъва на дъното на кутията, откъдето се освобождава през специален отвор във форми за отливане.

галванопластика- електролитен метод за покриване на метални продукти със слой от благороден или друг метал (злато, платина), който не е податлив на окисление. Например, когато даден обект е покрит с никел, самият той служи като катод, парче никел като анод. Чрез преминаване на електрически ток през електролитната вана за известно време, обектът се покрива със слой никел с необходимата дебелина.

Електротипия, или електролитно отлагане на метал върху повърхността на обект за възпроизвеждане на неговата форма, е изобретен през 1837 г. от руския учен Б. С. Якоби, който предлага използването на електролиза за получаване на метални отпечатъци на релефни предмети (медали, монети и др.). От обекта се взема восъчна отливка или се изрязва изпъкнало изображение върху дървена дъска и се прави проводимо, като се покрива със слой графит. След това отливката или дъската се спускат в електролита като катод. Анодът е парче метал, използвано за отлагане. По този начин се правят например типографски клишета.

Електролитно получаване на тежка вода ( D2O ), в който водородните атоми са заменени с атоми на неговия изотоп - деутерий ( д ) с атомна маса 2.

всичко електрохимични процесимогат да бъдат разделени на две противоположни групи: процеси на електролиза, при които протичат химични реакции под действието на външен източник на електричество, и процеси на възникване на електродвижеща сила и електрически ток поради определени химични реакции.

В първата група процеси електрическата енергия се преобразува в химическа, а във втората група, напротив, химическата енергия се преобразува в електрическа.

Примери за процеси от двата типа могат да бъдат процеси, протичащи в батериите. И така, по време на работа на оловна батерия на генератор на електрическа енергия възниква следната реакция:

Рb + РbO 2 + 4Н + + 2SO 4 2- → РbSO 4 + 2Н 2 O.

В резултат на тази реакция се отделя енергия, която се превръща в електрическа енергия. Когато батерията е разредена, тя се зарежда, като през нея преминава електрически ток в обратна посока.

Химическата реакция протича и в обратна посока:

2РbSO 4 + 2Н 2 O → Рb + РbO 2 + 4Н + + 2SO 4 2-.

В този случай електрическата енергия се преобразува в химическа. Сега батерията отново има резерв от енергия и може да се разреди отново.

Всички електрохимични реакции възникват, когато електрически ток протича във верига. Този кръг задължително се състои от последователно свързани метални проводници и електролитен разтвор (или стопилка). В металните проводници, както знаем, токът се пренася от електрони, в електролитен разтвор - от йони. Непрекъснатостта на тока във веригата се осигурява само когато на електродите протичат процеси, т.е. на интерфейса метал-електролит На единия електрод протича процесът на получаване на електрони - редукция, на втория електрод - процесът на отдаване на електрони, т.е. окисляване.

Характеристика на електрохимичните процеси, за разлика от конвенционалните химични процеси, е пространственото разделяне на процесите на окисление и редукция. От тези процеси, които не могат да протичат един без друг, се състои целият химичен процес в електрохимичната система.

Ако метална плоча (електрод) се потопи в електролитен разтвор, тогава между плочата и разтвора възниква потенциална разлика, която се нарича електроден потенциал.

Помислете за причините за възникването му. Възлите на кристалната решетка на метала съдържат само положително заредени йони. Поради взаимодействието си с полярните молекули на разтворителя, те се отделят от кристала и преминават в разтвор. В резултат на такъв преход в металната плоча остава излишък от електрони, поради което тя придобива отрицателен заряд. Положително заредените йони, които са преминали в разтвор поради електростатично привличане, остават директно на повърхността на металния електрод. Образува се двоен електрически слой. Възниква потенциален скок между електрода и разтвора, който се нарича потенциал на електрода.

Заедно с преминаването на йони от метала към разтвора протича и обратният процес. Скоростта на прехода на йони от метала към разтвора V 1 може да бъде по-голяма от скоростта на обратния преход на йони от разтвора към метала V 2 (V 2 ˃ V 1).

Такава разлика в скоростите ще доведе до намаляване на броя на положителните йони в метала и увеличаване на броя им в разтвора. Металният електрод придобива отрицателен заряд, разтворът придобива положителен.

Колкото по-голяма е разликата V 1 –V 2, толкова по-отрицателен ще бъде зарядът на металния електрод. От своя страна стойността на V 2 зависи от съдържанието на метални йони в разтвора; техните високи концентрации съответстват на висока скорост V 2 . Следователно, с увеличаване на концентрацията на йони в разтвора, отрицателният заряд на металния електрод намалява.

Ако, напротив, скоростта на преминаване на метални йони в разтвор е по-малка от скоростта на обратния процес (V 1< V 2), то на металлическом электроде будет избыток положительных ионов, а в растворе ‒ их нехватка. В таком случае электрод вступит положительный заряд, а раствор ‒ негативного.

И в двата случая потенциалната разлика, която възниква в резултат на неравномерно разпределение на зарядите, ускорява бавния процес и забавя по-бързо. В резултат на това ще дойде момент, когато скоростите на двата процеса ще се изравнят. Ще дойде баланс, който ще има динамичен характер. Преходът на йони от метал към разтвор и обратно ще се извършва през цялото време и в състояние на равновесие. Скоростите на тези процеси в състояние на равновесие ще бъдат еднакви (V 1p = V 2p). Стойността на електродния потенциал, която се съхранява в състояние на равновесие, се нарича равновесен електроден потенциал.

Потенциалът, който ще възникне между метала и разтвора, ако металът се потопи в разтвор, в който концентрацията на йони от този метал е равна на един грам йон, се нарича нормален или стандартен електроден потенциал.

Ако поставим нормалните потенциали на електродните реакции за различни метали по такъв начин, че техните алгебрични стойности да нарастват последователно, тогава ще получим поредица от напрежения, известни от общия курс на химията. В този ред всички елементи са поставени в зависимост от техните електрохимични свойства, които са пряко свързани с химични свойства. По този начин всички метали, намиращи се в медта (т.е. с по-отрицателни потенциали), са относително лесни за окисляване, а всички метали, разположени след медта, се окисляват доста трудно.

K, Na, Ca, Mg, A1, Mn, Zn, Fe,

Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au.

Всеки член на серията, като е по-активен, може да измести от съединенията всеки член на серията вдясно от нея в серията от напрежения.

Помислете за механизма на действие на галванична клетка, чиято схема е показана на фиг. Елементът се състои от цинкова плоча, потопена в разтвор на цинков сулфат, и медна плоча, потопена в разтвор на меден сулфат.

Ориз. Схема на медно-цинкова галванична клетка

И двата съда с разтвори, които се наричат ​​полуелементи, са свързани помежду си с електролитен ключ в галваничен елемент. Този ключ (стъклена тръба, пълна с електролит) позволява на йоните да се движат от един съд (полуклетка) в друг. Разтворите на цинков сулфат и меден сулфат не се смесват заедно.

Ако електрическата верига е отворена, тогава не настъпват промени в металните пластини и в разтвора, а когато кръгът е затворен, токът ще тече в кръга. Електроните от място, където плътността на отрицателния заряд е по-висока (т.е. от цинкова плоча) се преместват към места с по-ниска плътност на отрицателния заряд или към място с положителен заряд (т.е. към медна плоча). Поради движението на електроните, равновесието на границата метал-разтвор ще бъде нарушено. Излишъкът от отрицателни заряди в цинковата плоча ще намалее, силите на привличане съответно ще намалеят и част от цинковите йони от двойния електрически слой ще преминат в общия обем на разтвора. Това ще доведе до намаляване на скоростта на преход на Zn 2+ йони от разтвор към метал. Разликата V 1 – V 2 ще се увеличи (която е равна на нула в състояние на равновесие) и ново количество цинкови йони ще премине от метала в разтвора. Това ще доведе до появата на излишък от електрони в цинковата плоча, който веднага ще се премести към медната плоча и отново всичко ще се повтаря непрекъснато. В резултат на това цинкът се разтваря и електрически ток тече непрекъснато в кръга.

Ясно е, че непрекъснатото движение на електрони от цинковата плоча към медната плоча е възможно само когато те се асимилират върху медната плоча. Появата на излишък от електрони в медна плоча ще доведе до пренареждане на двойния слой. Отрицателните SO 4 2- йони се отблъскват, а положителните медни йони, които са в разтвор, ще навлязат в двойния електрически слой поради електростатичното привличане поради появата на електрони. Скоростта на процеса на преход на йони в метал V 2 ще се увеличи. Cu 2+ йони проникват в кристалната решетка на медна плоча, прикрепвайки електрони. Именно този процес на асимилация на електрони върху медна плоча ще осигури непрекъснатостта на процеса като цяло.

Стойността на EMF E е равна на разликата между електродните потенциали E 1 и E 2 на електродите: E = E 1 – E 2.

Процесите, протичащи върху електродите, могат да бъдат изобразени чрез схемата: на ръба на цинкова плоча - електролит Zn - 2e - = Zn 2+, на ръба на медна плоча - електролит Cu 2+ + 2e - = Cu.

Както можете да видите, процесите на окисляване на цинка и редукция на медта са разделени в пространството, протичат на различни електроди. Като цяло химическата реакция, която протича в медно-цинковия елемент, може да бъде записана в йонна форма, както следва:

Zn + Cu 2+ \u003d Zn 2+ + Cu.

Същата картина ще се наблюдава в случая, когато и двете плочи са заредени отрицателно по отношение на разтвора. Потопете две медни плочи в разредени разтвори на меден сулфат. Концентрацията на медни йони в тези разтвори е C 1 и C 2 (C 2 > C 1). Да приемем, че и двете плочи са заредени отрицателно спрямо разтворите. Но плоча А в съд с концентрация на разтвор С 1 ще бъде заредена по-отрицателно поради факта, че концентрацията на медни йони в този съд е по-малка, отколкото във втория съд, и съответно скоростта на проникване на Cu 2 + йони в кристалната решетка ще бъдат по-ниски. Ако кръгът е затворен, тогава електроните ще се преместят от плоча А, където тяхната плътност е по-висока, към плоча Б. На ръба на плоча А с електролит се случва процесът Cu ° - 2e - = Cu 2+, на ръба на плоча В с електролит Cu 2+ + 2e - + Cu°.

И двете плочи, както вече беше отбелязано, са отрицателно заредени спрямо разтвора. Но плоча A е отрицателно заредена спрямо плоча B и следователно в галваничния елемент тя действа като отрицателен електрод, а плоча B като положителен.

Стойността на ЕМП, равна на разликата в електродните потенциали, ще бъде толкова по-голяма, колкото по-голяма е разликата в концентрациите на йони в разтворите.

Законите на Фарадей за електролизатаса количествени съотношения, базирани на електрохимични изследвания, публикувани от Майкъл Фарадей през 1836 г.

В началото на 18-ти и 19-ти век бяха направени няколко открития, които станаха тласък за раждането на нова наука - електрохимията. И основателите на тази наука са двама учени. Това са италианският физиолог Л. Галвани и английският физик А. Волт, които през 1799 г. създават първия източник на химичен ток - "Волтовият стълб". Именно тези учени успяха да разберат, че когато електрически ток преминава през воден разтвор на някаква сол, в този разтвор възникват химични трансформации, които сега се наричат ​​електролитни. Сама по себе си електролизата е доста сложен набор от различни процеси. (отрицателните йони се стремят към анода, а положителните към катода) и дифузия на йони. Това са и различни електрохимични и химични реакции, които протичат между самите продукти на електролизата, между тези продукти и електролита, между тях и електродите.

И изследването на тези процеси има не само научна стойност. Практическото приложение на електролизата сега е много важно. Например, чист водород, натрий или никел могат да бъдат получени само по този начин. А в индустрията електролитните процеси се използват за различни цели. С тяхна помощ се получават кислород, водород, основи, хлор и други неметали. Електролизата се използва и за пречистване на някои метали (сребро, мед). Електролитните процеси също са станали основа за производството на литий, калий, натрий, цинк, магнезий и други метали, както и метални сплави.

В допълнение, използването на електролиза в технологиите е и производството на органични вещества, галванични покрития и обработка на метални повърхности (електрополиране, бориране, почистване и азотиране). Има и електрофореза, електродиализа, електроформоване и други подобни процеси, които имат практическо приложение. Освен това стойността на електролизата се крие във факта, че тя произвежда чисти, почти сто процента метали.

Вземете поне мед. Медната руда съдържа своите оксиди, серни съединения, както и примеси от други метали. И медта, получена от тази руда, с всички тези примеси, се отлива под формата на плочи. След това тези плочи се поставят като анод в разтвор на меден сулфат (CuSO4). И тогава има използването на електролиза. Към електродите на ваната се прилага определено напрежение и върху катода се отделя чист метал. И всички чужди примеси се утаяват или преминават в електролита, без да се отделят на катода.

Също така използването на електролиза е от значение за производството на алуминий. В този процес не се използва воден разтвор, той се заменя с разтопен боксит. Такива руди съдържат алуминиев оксид, както и железен и силициев оксид. След като бокситът се третира с алкали, се получава продукт, наречен алуминиев оксид. Този алуминиев оксид се зарежда в огнеупорна пещ, върху дъното и стените на която са положени въглищни плочи. Тези пластини се свързват към минуса на захранването. И към плюса е свързан въглероден анод, който минава през стената на тази пещ. И когато анодът се спусне в пещта, се получава топене на алуминиев оксид. След това в тази стопена маса протича електролитен процес. И чист (до 99,5%) алуминий се натрупва на дъното на пещта, който след това се излива във форми.

Но приложението на електролизата не е само в електрометалургията. По този начин един метал може да бъде покрит със слой от друг метал. Този процес се нарича галванопластика и се използва за защита на повърхността на метала от окисляване, за придаване на по-голяма здравина, както и за придаване на по-добър вид на тази повърхност. А като покрития обикновено се използват никел и хром, които са малко податливи на окисляване, или благородни метали като сребро и злато.

В този случай продуктът трябва да бъде старателно обезмаслен, почистен и полиран. След това се поставя във ваната като катод.Електролитът в тази вана е разтвор на метална сол, който покрива продуктите. И анодът е от същия метал. И за да стане това покритие равномерно, катодът се поставя между два анода. След това към електродите се прилага ток с определена мощност и катодът се покрива със слой от сребро, злато, никел или хром.

Има и друго приложение на електролизата, което се нарича галванопластика. Чрез този метод се получават копия от различни метални предмети (медали, монети, барелефи). За целта се прави копие на обекта от пластичен материал, като восък. След това се покрива с графитен прах, за да стане електропроводим и това копие се поставя във вана, където служи като катод. И чрез електролиза това копие е покрито със слой метал с необходимата дебелина. След това восъкът се отстранява чрез нагряване. И това е само малка част от възможностите, които предоставя методът, наречен електролиза.