Одним из широко применяемых на практике электрохимических процессов является электролиз. Электролизом называется химическое разложение веществ под влиянием электрического тока, сопровождающееся выделением на электродах продуктов разложения и побочными явлениями.
Электролиз осуществляют в специальных сосудах — электролизерах, которые заполняют раствором или расплавом электролита. В электролит помещают два электрода, соединенные с положительным (анод) и отрицательным (катод) полюсами источника постоянного тока.
Электролиз возможен при наложении на электроды внешнего напряжения достаточной величины. Это напряжение вызывает в электролите и во внешней цепи прохождение тока, а на поверхности электродов — электрохимические реакции (катодные и анодные). Электрический ток в электролите представляет собой процесс движения ионов к электродам. Катионы — положительно заряженные ионы металлов и водорода — передвигаются к катоду; анионы —отрицательно заряженные ионы кислотных остатков и ОН- — к аноду. При достижении электродов ионы нейтрализуются и, превращаясь в атомы или молекулы, выделяются на них. Во внешней цепи при этом непрерывно перемещаются электроны от анода к катоду.
|
|
Напряжение U, подаваемое на электроды, распределяется между потенциалом анода φа и потенциалом катода φк, поэтому
U = φa – φk
Наименьшее напряжение, при котором начинает протекать электрический ток через раствор и становится возможным электролиз, называют напряжением разложения.
При электролизе на отрицательно заряженном электроде (катоде) протекают процессы восстановления, например М+Z + ze- → M; O2 + 4H+ + 4e- →2H2O. На положительно заряженном электроде (аноде) проходят реакции окисления, характер которых зависит от того, способен ли растворяться металлический анод в конкретных условиях электролиза или он находится в инертном состоянии. Для растворимого анода типична реакция М → МZ+ + е-, для инертного — разряд анионов и другие окислительно-восстановительные процессы, например 4ОН-→O2 + 2H2O + 4e- . К инертным анодам относятся железные и никелевые в щелочной среде и платиновые в большинстве сред.
Если в растворе имеется несколько веществ, способных окисляться или восстанавливаться, то в первую очередь будет окисляться на аноде вещество с наименьшим окислительно-восстановительным потенциалом, а на катоде будет восстанавливаться вещество с наибольшим потенциалом. Определение очередности реакций производят с помощью шкалы стандартных потенциалов.
Широкое применение электролиз получил в технике, особенно в химической и металлургической промышленности. Его используют для выделения многих металлов из соединений, для отделения металлов от примесей (электрорафинирование), для нанесения металлических покрытий с целью защиты металлических изделий от коррозии (гальванотехника), при электролитическом получении щелочей, хлора, окислителей, восстановителей, тяжелой воды, некоторых органических веществ и для других целей.
|
|