Электролиз растворов и расплавов. Электролитическое рафинирование металлов. Коррозия металлов и борьба с ней

 

Электролиз растворов и расплавов:

Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, который происходит на электродах во время прохождения электрического тока через расплав или раствор.

При электролизе растворов кроме ионов самого вещества в процессе участвуют ионы растворителя.

При электролизе расплавов - только ионы самого вещества.

 

Электролитическое рафинирование металлов:

Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Применяется для глубокой очистки большинства цветных металлов.

 

Коррозия металлов и борьба с ней:

Коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.

Коррозионностойкие покрытия. По механизму защиты различают анодные и катодные металлические покрытия. Металл анодных покрытий имеет электродный потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла. В случае применения анодных покрытий не обязательно, чтобы оно было сплошным. При действии растворов электролитов в возникающем коррозионном элементе «основной металл–покрытие» основной металл является катодом и поэтому при достаточно большой площади покрытия не разрушается, а защищается электрохимически за счёт растворения металла покрытия.

Примерами анодных покрытий являются покрытия железа цинком и кадмием. Анодные покрытия на железе, как правило, обладают сравнительно низкой стойкостью.
Катодные металлические покрытия, электродный потенциал которых более электроположителен, чем потенциал основного металла, могут служить надёжной защитой от коррозии только при условии отсутствия в них сквозных пор, трещин и других дефектов, так как они механически препятствуют проникновению агрессивной среды к основному металлу. Примерами катодных защитных покрытий являются покрытия железа медью, никелем, хромом и т.п.

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги.

 

 

Окислительно-восстановительные потенциалы. Уравнение Нернста. Таблица стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, выводы из нее. Направление протекания ОВР. Константа равновесия окислительно-восстановительного процесса.

 

Окислительно-восстановительные потенциалы:

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал, E_h или Eh) — мера способности химического вещества присоединять электроны (восстанавливаться). Окислительно-восстановительный потенциал выражают в милливольтах (мВ).

Окислительно-восстановительный потенциал определяют электрохимическими методами с использованием стеклянного электрода с red-ox функцией и выражают вмилливольтах (мВ) относительно стандартного водородного электрода в стандартных условиях.

 

 

Уравнение Нернста:

Смотри Вопрос №46.

 

Таблица стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, выводы из нее:

В справочной литературе в форме таблиц представлены стандартные окислительно-восстановительные потенциалы наиболее часто встречающихся окислительно-восстановительных систем.

Стандартный потенциал — термодинамическая стандартизованная величина — является очень важным физико-химическим и аналитическим параметром, позволяющим оценивать направление соответствующей реакции и рассчитывать активности реагирующих частиц в условиях равновесия.

В общем случае потенциал,, характеризующий окислительно-восстановительную систему, зависит от природы ее компонентов и отношения активностей (концентраций) восстановленной и окисленной форм. Величина отражает влияние на потенциал веществ, концентрация которых в растворе не изменяется в ходе окислительно-восстановительной реакции.

 

Направление протекания ОВР:

Направление протекания ОВР определяют двумя способами:

1. По знаку изменения свободной энергии Гиббса реакции G. Если G < 0, идет прямая реакция. Если G > 0, самопроизвольно протекает обратная реакция. Для окислительно-восстановительных реакций

2. По величине электродвижущей силы реакции:

Е⁰ = Е⁰_{восстановления} - Е⁰_{окисления}

Где Е⁰_{восстановления}, Е⁰_{окисления} - стандартные потенциалы процессов восстановления и окисления соответственно. Значения Е⁰_ох/Red содержатся в справочных таблицах и записаны относительно процесса восстановления. Условие самопроизвольного протекания ОВР в прямом направлении: Е⁰ > 0 или Е⁰_{восстановления} > Е⁰_{окисления}.

 

Константа равновесия окислительно-восстановительного процесса:

Степень протекания реакции слева направо определяется константой равновесия.

Константа равновесия для любого обратимого окислительно-восстановительного процесса выражается следующей формулой:

,

где K – константа равновесия реакции;

и – стандартные потенциалы окислителя и восстановителя;

z – количество электронов, равное наименьшему кратному из числа электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем.