17. Перенапряжение при электролитическом выделении водорода

19. Некоторые процессы, протекающие на электродах в водных средах

Еще в начале позапрошлого столетия было установлено, что при прохождении электрического тока через водные растворы солей происходят химические превращения, приводящие к образованию новых веществ.

Электролиз представляет собой довольно сложную совокупность процессов, к которым относятся: миграция ионов (положительных к катоду, отрицательных к аноду), диффузия ионов, разряжающихся на электродах, электрохимические реакции разряда ионов, вторичные химические реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода.

Технический или прикладной электролиз характеризуется сложностью протекающих в промышленных условиях электролитических процессов, различными видами электролиза, их зависимостью от природы электролита, типа электролитической ванны, оптимизации самих электролизных процессов.

Электролитические процессы классифицируются следующим образом:

получение неорганических веществ(водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)

получение металлов(литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.)

очистка металлов(медь, серебро,…)

получение металлических сплавов

получение гальванических покрытий

обработка поверхностей металлов(азотирование, борирование, электрополировка, очистка)

получение органических веществ

электродиализ и обессоливание воды

нанесение пленок при помощи электрофореза

Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Кроме того с его помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. В промышленности алюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте. Однако чтобы производство было наиболее выгодным: с наименьшими затратами электроэнергии и с наибольшим выходом продукции, необходимо учитывать различные факторы, влияющие на количество и качество продуктов электролиза (сила тока, плотность тока, температура электролита, материал электродов и др.).

На сегодняшний день большой популярностью пользуются различные предметы, покрытые драгоценными металлами. (позолоченные или посеребренные вещи).

К тому же металлические изделия покрывают слоем другого металла электролитическим способом с целью защитить его от коррозии.

Таким образом, исследование электрохимических процессов, определение факторов, влияющих на них, установление новых способов использования процессов электролиза в промышленных условиях сохранило свою актуальность и востребованность в наши дни.

20. Электролиз. Напряжение разложения

Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах при прохождении постоянного электрического тока через растворы или расплавы электролитов. Процесс электролиза можно реализовать с помощью электрохимической системы, изображенной на рисунке 1.1.

Рис. 1.1. Схема движения ионов и электронов при электролизе

Электроды соединены с источником постоянного напряжения и опущены в раствор электролита. Растворы электролитов являются провод никами второго рода: электрический ток в них осуществляется за счет передвижения ионов, образующихся в растворе в результате электролитической диссоциации растворенного электролита по схеме:

КА ↔ К^z+ + А^z- . В отличие от растворов электролитов в проводниках первого рода – металлах электричество переносится электронами. При пропускании через раствор электролита постоянного электрического тока, на границе проводников первого (металл) и второго рода (электролит) протекают электрохимические реакции. Электрохимическими реакциями являются полуреакции, протекающие на границе проводник первого рода – проводник второго рода с участием электронов. Участниками электрохимических реакций являются электроны, ионы, а в ряде случаев нейтральные частицы. При электролизе за счет внешней электрической энергии в электрохимической системе возникают химические превращения (рис.1.1). На отрицательном электроде (катоде) происходит разряд (восстановление) положительно заряженных ионов – катионов (присоединение к ним электронов): К^z+ + ze → K. На положительном электроде (аноде) – окисление отрицательно заряженных ионов – анионов (отдача электронов): A^z- → A + ze. Освобождающиеся при этом электроны поступают во внешнюю цепь.

Минимальное значение внешнего напряжения, при котором начинается видимый электролиз, называется напряжением разложения электролита (Е_разл). Отсутствие видимого электролиза при напряжениях, меньших Е_разл объясняется рядом электродных процессов, противодействующих электролизу. Напряжение на ванне, необходимое для электролиза: , где Е – обратимая ЭДС; U_ом – омические потери; E_п – ЭДС поляризации.

Рис.1. Поляризационная кривая разложения раствора электролита и графическое нахождение по ней напряжения разложения.