Шта је електролиза у хемији?

Прво, покушајмо да схватимо шта је електролиза. То су хемијске реакције које се одвијају под утицајем електричне струје на електроде, које се стављају у раствор талине или електролита.

Неки теоријски концепти

Електролит је супстанца која проводи струју. Електроде су два типа. Катода је негативно наелектрисана електрода, на њој се одвија редукциона реакција.

Анода се назива позитивно наелектрисана електрода, где се врши рестаурација.

Усе процесс

Електролиза раствора користи се у разним гранама модерне индустрије. У хемијској индустрији добијају се хлор, алкали, перхлорат, хлорат, персулфат, органска материја, калијум перманганат, персулфурна киселина, флуор, кисеоник, водоник и други вредни производи.

У обојеној металургији, електролиза талина се користи за вађење чистог метала из руда. Метали који се не могу изоловати због високог негативног потенцијала из водених раствора добијају се у обојеној металургији електролизом талина. Међу металима који се производе електролизом такозваних растопљених медија, уочавамо магнезијум, алуминијум, уранијум, берилијум, цирконијум.

Електролиза се користи у машинству, електронској индустрији, радио-инжењерству, штампи, како би се нанели танки метални премази на производе, штитећи их од корозије, повећавајући отпорност на хабање, повећавајући отпорност на топлоту.

Хисторицал бацкгроунд

Шта је електролиза? Ово је једна од најважнијих области у електрокемији. Наука је рођена на прелазу 18-19 векова. У том периоду експерименте су спроводили италијански физиолог Л. Галвани и физичар А. Волт. Крајем 18. века појавили су се први хемијски извори струје. Почетком 20. века, електрокемија је почела да проучава електрохемијске процесе. Експериментално је утврђено да електрична струја која пролази кроз водене отопине ​​соли доводи до хемијских трансформација које доводе до стварања нових једињења.

Расправљајући о томе шта је електролиза, напомињемо да је ријеч о сложеном скупу процеса: миграција јона, дифузија, електрокемијске реакције ионског пражњења, секундарне кемијске реакције продуката електролизе међусобно.

Класификација процеса

Говорећи о томе шта је електролиза, потребно је сагледати класификацију електролитичких процеса. Они се деле на:

• производња неорганских једињења (хлор, кисеоник, водоник);
• формирање метала (магнезијум, бакар, алуминијум, калијум, натријум, берилијум, сребро, бакар);
• добијање металних и галванских премаза;
• нитрирање, електрично полирање, боронизација металне површине;
• наношење филма електрофорезом;
• десалинизација воде и електродијализа;
• производњу разних органских супстанци.

Елецтролисис Екпериментс

Како направити једнаџбу електролизе? Овај процес се одвија у електролитима. Могуће је спојити с двије угљичне електроде жице које долазе из мреже расвјете.

У једном од њих укључите електричну лампу, која ће потврдити присуство у кругу електричне струје. Слободни крајеви електрода могу се ставити у суву столну сол или безводну сумпорну киселину.

Лампа не гори јер супстанце нису у стању водити електричну струју, а круг остаје отворен. Сличан резултат се види у случају када су електроде уроњене у чашу са дестилованом водом.

Када се у води раствори мала количина соли, алкалија и киселине, примећује се светла луминесценција.

Када се електроде спусте у раствор глицерина или шећера, лампа такође престаје да сија.

Овај експеримент, наравно, потврђује проводљивост соли, база, киселих раствора електричне струје.

Када електрична струја пролази кроз растворе или талине, уочавају се хемијске промене, које се изражавају у ослобађању продуката разлагања растварача или растворене материје.

Што је процес у случају кухињске соли

Током експерименталних посматрања, уочено је да електролиза воденог раствора натријум хлорида доводи до формирања водоника на катоди, ослобађања гасног хлора на аноди. Како математички описати овај процес? Електролиза натријум хлорида јавља се у талини, што доводи до појаве чистог алкалног метала на катоди и гасног хлора на аноди.

... и магнезијум хлорид

Након проласка еклектичке струје кроз талину магнезијум-хлорида, уочава се појава магнезијумских катиона и хлорних аниона.

На катоди се уочава редукција катиона магнезијума до чистог метала, хлорни аниони, који одлазе у аноду, донирају електроне, одвија се процес оксидације. Електролиза магнезијум хлорида може се написати као сумарна једначинка:

МгЦл2 = Мг + Цл2

Карактеристике електролизе у растворима

Важно је узети у обзир чињеницу да поред јона електролита постоје и водени раствори у раствору: водоник катиони и аниони хидроксилне групе. Зато катода може да испразни и електролитни катион и водонични протон. На аноди се испуштају хидроксилни јони и електролитски аниони.

Такође, молекули воде могу бити подвргнути електрокемијској редукцији или оксидацији.

Уз пажљиво разматрање катодних процеса који се јављају током електролизе воденог раствора, важно је узети у обзир потенцијал потенцијалног смањења протона водоника. Зависи од концентрације катиона водоника, који имају вредност -0, 41 В.

Ако у раствору електролита постоји метал, у којем потенцијал електроде има позитивнију вредност, катода ће бити обновљена у оквиру електролизе. Ова тврдња се односи на оне метале који се налазе у близини водоника у електрохемијским серијама Бекетових напрезања. Код негативније вредности електродног потенцијала него код катиона водоника, метал се неће опоравити на катоди. У таквим случајевима, водоник се акумулира на овој електроди.

Ако је потенцијал метала сличан вредности од -0,41 В, дозвољено је симултано формирање водоника и чистог метала на катоди.

На природу катодног процеса у случају електролизе раствора соли (алкалија) утиче локација метала у низу електрокемијских напона Бекетових метала.

При анализи процеса који се одвијају на аноди, потребно је узети у обзир чињеницу да је могућа оксидација анодног материјала. Зато ће електрокемија одвојити инертну аноду, као и електроду која се састоји од њихове активне аноде.

Инерт је анода у којој материјал не пролази оксидацију као део процеса електролизе. Активно се сматра анодом која може оксидирати током електролизе.

За инертне аноде бирати платину, угаљ, графит. Ова опција се разматра у школском курсу хемије.

Типични примери електролизе водених раствора

Почнимо са особитостима електролизе у раствору бакар-хлорида (2). Пошто се овај метал у електрохемијским серијама активности метала налази на десној страни водоника, на катоди се формира метални бакар. Хлоридни јони се испуштају у анодни простор, формирајући гасни хлор. Шема процеса је представљена у сљедећем облику:

• Катода: Цу ²⁺ 2е = Цу.
• Анода: 2Цл ^- -2е = Цл2 _.

Кумулативна једнаџба:

• ЦуЦл2 = Цу + Цл2 _.

Шта је електролиза воденог раствора натријум сулфата? Пошто се натријум налази у опсегу активности метала лево од водоника, формира се молекуларни водоник на катоди. Поред тога, хидроксидни јони акумулирају се у простору катоде.

На аноди се ослобађа гасовити кисеоник, а код ове електроде се акумулирају хидроксидни јони.

Пошто натријум катиони и сулфатни јони остају у раствору, овај део раствора остаје електрично неутралан. Схема такве електролизе може се представити на следећи начин:

• 2На2С04 + 6Х2О = 4НаОХ + 2Х2С04 + О2 + 2Х2

Фактори који утичу на процес електролизе

Ефикасност ове хемијске реакције процењује се из неколико фактора, међу којима се може приметити: напон, струја, ефикасност струје, ефикасност, потрошња електричне енергије по јединици резултујућег производа, густина струје.

Снага струје карактерише перформансе електролизера. Што је већа, то је већа количина производа формирана на електродама.

Струјни излаз дозвољава да се узме у обзир ефикасност примене количине електричне струје која пролази кроз електролизер.