Ilgu laiku cilvēki nevarēja iegūt daudz tīru vielu brīvā formā. Piemēram, piemēram:
Tos ieguva vai nu ar lielu piemaisījumu saturu,no kura nebija iespējams atbrīvoties vai vispār nebija sintezēts. Bet savienojumi ir ļoti svarīgi izmantošanai rūpniecībā un ikdienas dzīvē. Bet, atklājot tādu procesu kā elektrolīze, tika atrisināts milzīga mēroga uzdevums. Mūsdienās to izmanto ne tikai sintēzei, bet arī daudziem citiem procesiem.
Kas ir elektrolīze? Kā tā rodas, no kādiem posmiem tā attīstās, kāda ir šīs metodes galvenā priekšrocība, mēģināsim to izdomāt raksta laikā.
Lai atbildētu uz šo jautājumu, vispirms ir jāgriežas pie terminoloģijas un jāsaprot daži fizikālo un ķīmisko pamatjēdzieni.
Saprotot visus šos terminus, jūs varat atbildēt uz jautājumupar to, kas ir elektrolīze. Šis ir redoksprocess, kas sastāv no līdzstrāvas izlaišanas caur elektrolīta šķīdumu un kulmināciju dažādu produktu izolācijā uz elektrodiem.
Vienkāršākā instalācija, ko var saukt par elektrolizatoru, ietver tikai dažus komponentus:
Nozarē viņš izmanto daudz sarežģītākus automatizētus dizainus, kas ļauj iegūt lielas produktu masas - elektrolīzes vannas.
Elektrolīzes process ir diezgan sarežģīts,ievēro vairākus teorētiskos likumus un darbojas saskaņā ar noteiktajām kārtībām un noteikumiem. Lai pareizi prognozētu tā iznākumu, ir skaidri jāsaprot visi fragmenta modeļi un iespējamās iespējas.
Vissvarīgākie fundamentālie kanoni, uz kuriemuztur elektrolīzi, - Maikla Faradeja - slavenā zinātnieka-fiziķa likumi, kas pazīstami ar savu darbu elektriskās strāvas un visu pavadošo procesu izpētē.
Kopumā ir divi šādi noteikumi, no kuriem katrs apraksta elektrolīzes laikā notiekošo procesu būtību.
Pirmais Faradeja likums, kura formula ir uzrakstīta kā m = kI * Δt, izklausās šādi.
Elektrodā izdalītās vielas masa ir tieši proporcionāla elektrībai, kas iziet cauri elektrolītam.
Pēc formulas var redzēt, ka m ir vielas masa, I -pašreizējais stiprums, Δt ir laiks, kurā tas tika nodots. Pastāv arī k vērtība, ko sauc par savienojuma elektroķīmisko ekvivalentu. Šī vērtība ir atkarīga no paša savienojuma veida. Skaitliski k ir vienāds ar vielas masu, kas izdalās pie elektroda, kad viena elektriskā lādiņa vienība tiek izvadīta caur elektrolītu.
Faradejas otrais likums, kura formula ir -m = M * I * Δt / n * F, izklausās šādi. Savienojuma (k) elektroķīmiskais ekvivalents ir tieši proporcionāls tā moliskajai masai un apgriezti proporcionāls vielas valencei.
Iepriekš minētā formula ir izejas rezultātsno visiem kopā. Tas atspoguļo otrā elektrolīzes likuma būtību. M ir savienojuma molārā masa, I ir visā procesā izietās strāvas stiprums, Δt ir visas elektrolīzes laiks, F ir Faradeja konstante, n ir elektroni, kas piedalījās procesā. To skaits ir vienāds ar jonu lādiņu, kas piedalījās procesā.
Faradejas likumi palīdz saprast, kas irelektrolīzi, kā arī aprēķināt produkta iespējamo ražu pēc svara, paredzēt nepieciešamo rezultātu un ietekmēt procesa gaitu. Tie veido aplūkojamo transformāciju teorētisko pamatu.
Ļoti svarīgi elektrolīzē irelektrodi. Viss process ir atkarīgs no materiāla, no kura tie izgatavoti, no to īpašajām īpašībām un rakstura. Tāpēc mēs apsvērsim katru no tiem sīkāk.
Anods ir pluss jeb pozitīvs elektrods.Tas ir, tāds, kas savienojas ar barošanas avota "+" polu. Attiecīgi no elektrolīta šķīduma uz to pārvietosies negatīvie joni vai anjoni. Viņi šeit oksidēsies, iegūstot augstāku oksidācijas pakāpi.
Tādēļ jūs varat attēlot nelielu diagrammupalīdzēs atcerēties anodiskos procesus: anoda "plus" - anjoni - oksidēšanās. Šajā gadījumā ir divi galvenie šī elektroda veidi, atkarībā no tā, kurš vai otrs produkts tiks iegūts.
Visu notiekošo procesu būtība ir pozitīvaelektrods tiek samazināts līdz potenciāli visvairāk elektronegatīvo jonu izlādēšanai. Un tāpēc anoksisko skābju un hidroksīda jonu anjoni to dara, un pēc tam ūdens, kad runa ir par šķīdumu. Skābekli saturošie anjoni elektrolīta ūdens šķīdumā parasti netiek izvadīti pie anoda, jo ūdens to izdara ātrāk, atbrīvojot skābekli.
Katods ir negatīvi lādēts elektrods (priekšelektronu uzkrāšanās dēļ uz tā, kad tiek nodota elektriskā strāva). Tāpēc pozitīvi lādēti joni virzās uz to - katijoni, kas tiek reducēti, tas ir, pazemina oksidācijas stāvokli.
Šeit iegaumēšanai ir piemērota arī shēma: katoda "mīnus" - katijons - samazināšana. Katoda materiāls var būt:
Tas ir uz šī elektrodametālu reducēšana līdz tīrām vielām, kas ir viena no galvenajām metodēm to iegūšanai rūpniecībā. Iespējama arī elektronu pāreja no anoda uz katodu, un, ja pirmais ir šķīstošs, tad tā joni tiek samazināti pie negatīvā elektroda. Šeit ūdeņraža katjonu reducēšana par gāzi Н2... Tāpēc katods ir viena no vissvarīgākajām daļām vielu elektrolīzes vispārējā shēmā.
No ķīmijas viedokļa aplūkojamais processir savs vienādojums. Ar to jūs varat attēlot visu shēmu uz papīra un paredzēt rezultātu. Vissvarīgākais, kam jāpievērš uzmanība, ir ūdens vides klātbūtne vai trūkums un anoda veids (šķīstošs vai nē).
Ja jums jāiegūst šādi produkti:sārmu un sārmu zemes metāli, sārmi, alumīnijs, berilijs, gāzes no skābekli saturošiem anjoniem, tad mēs nevaram runāt par elektrolīta šķīduma elektrolīzi. Izkausē tikai, jo pretējā gadījumā nepieciešamie savienojumi nedarbosies. Tāpēc uzskaitītās vielas bieži tiek sintezētas rūpniecībā, izmantojot to bezūdens sausos sāļus un hidroksīdus.
Kopumā kausējuma elektrolīzes vienādojums izskatās diezgan vienkāršs un standarta. Piemēram, ja mēs to apsveram un pierakstām kālija jodīdam, forma būs šāda:
KI = K+ + Un-
Katods (K) "-": K+ + 1e = K0
Anods (A) "+": 2I- - 2e = es20
Procesa iznākums: KI = K + I2.
Jebkura metāla elektrolīze tiks reģistrēta vienādi, neatkarīgi no tā elektroda potenciāla vērtības.
Runājot par elektrolītu šķīdumiem, rezultātsprocess būs pilnīgi atšķirīgs. Galu galā ūdens kļūst par aktīvu dalībnieku. Tas arī spēj sadalīties jonos un izlādēties pie elektrodiem. Tāpēc šādos gadījumos liela nozīme ir jonu elektrodu potenciālam. Jo zemāka ir tā negatīvā vērtība, jo lielāka ir ātrākas oksidēšanās vai reducēšanās iespējamība.
Ūdens šķīduma elektrolīze ievēro vairākus noteikumus, kas jāatceras.
Ja ievērojat šos noteikumus, varat attēlot jebkuru elektrolīzi un aprēķināt produkta ražu. Šķīstoša anoda gadījumā ķēde mainās un kļūst daudz sarežģītāka.
Šos procesus izmanto tīru metālu un gāzu iegūšanai, jo tas ir tehnoloģiski vienkāršs un rentabls. Turklāt produktiem ir augsta tīrības pakāpe, kas ir svarīgi.
Piemēram, vara elektrolīze ļauj to ātri iegūt tīrā veidā no jebkura sāls šķīduma. Visbiežāk tiek izmantots vara sulfāts vai vara (II) sulfāts - CuSO4.
Gan no kausējuma, gan no šī sāls šķīduma jūs varat iegūt tīru metālu, kas ir tik nepieciešams gandrīz visās elektrotehnikas un metāla konstrukcijas nozarēs.
Elektrolīze ir ļoti svarīgs process. Tās pamatā ir tādas nepieciešamās tehniskās darbības kā:
