Практическое применение электролиза

Электролиз используют в различных областях современной техники. Приведем несколько основных направлений применения.

Получение активных металлов. Такие активные металлы, как натрий, литий, магний, алюминий, бериллий, кальций, а также сплавы некоторых металлов, получают электролизом расплавов их соединений.

Электрорафинирование металлов. Для очистки (рафинирования) металлов (меди, золота, серебра, никеля, кадмия и др.) их отливают в пластины, которые используют в качестве анода, катод же изготовляется из чистого металла, электролитом служит водный раствор соли металла. Процесс сводится к растворению анода в процессе электролиза и осаждению чистого металла на катоде. При этом примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми (анодный шлам), либо переходят в электролит, но на катоде не осаждаются. Например, при электрорафинировании меди электролитом служит раствор сульфата меди и серной кислоты, анод изготавливают из неочищенной (черновой) меди. При электролизе загрязнения из более благородных металлов (Ag, Au) в раствор не переходят и собираются на дне электролизера. Загрязнения из менее благородных металлов (Pb, Fe, Zn), как и сама медь, переходят в раствор, но на катоде не осаждаются и поэтому не загрязняют осаждающуюся на нем медь. Электрорафинированием получают также чистые никель, кадмий, алюминий и другие металлы.

Гальванопластика. Электролиз с растворимым анодом используется в гальванотехнике для покрытий одних металлов тонкими слоями других. При этом покрываемое металлом изделие является при электролизе катодом, а в качестве анода используется металл покрытия. Так, хромирование применяют для увеличения твердости поверхностного слоя, а также повышения коррозионной стойкости черных металлов. Никелирование используют для изменения внешнего вида изделия и т. п. Иногда нанесение многослойных покрытий применяют с целью уменьшения расходов дорогих металлов. Например, прочное и стойкое покрытие внешних деталей автомобиля достигается нанесением тонких слоев меди, никеля, а затем хрома.

Электрохимическая обработка поверхности металлов может быть использована для полировки поверхности, электрохимического окрашивания, заточки режущих инструментов и т. д.

Электрохимический ряд напряжений металлов

Электрохимический ряд напряжений металлов – это ряд стандартных электродных потенциалов металлов, расположенных в порядке их возрастания.

Таблица 1

Стандартные электродные потенциалы металлов

Элемент	Электродная реакция	Е0, В	Элемент	Электродная реакция	Е0, В
Цезий	Cs+ +e- Cs0	–3,08	Кадмий	Cd2+ +2e Cd0	–0,40
Литий	Li+ +e- Li0	–3,02	Таллий	Tl+ +e- Tl0	–0,34
Рубидий	Rb+ +e- Rb0	–2,99	Кобальт	Co2+ +2e Co0	–0,28
Калий	K+ +e- K0	–2,92	Никель	Ni2+ +2e Ni0	–0,25
Барий	Ba2+ +2e Ba0	–2,90	Олово	Sn2+ +2e Sn0	–0,14
Стронций	Sr2+ +2e Sr0	–2,89	Свинец	Pb2+ +2e Pb0	–0,13
Кальций	Ca2+ +2e Ca0	–2,87	Водород	2H+ +2e H2	0,00
Натрий	Na+ +e Na0	–2,71	Сурьма	Sb3+ +3e Sb0	+0,20
Лантан	La3+ +3e La0	–2,37	Висмут	Bi3+ +3e Bi0	+0,23
Магний	Mg2++2e Mg0	–2,34	Медь	Cu2+ +2e Cu0	+0,34
Бериллий	Be2+ +2e Be0	–1,70	Серебро	Ag+ +e Ag0	+0,80
Алюминий	Al3+ +3e Al0	–1,67	Палладий	Pd2+ +2e Pd0	+0,83
Титан	Ti2+ +2e Ti0	–1,63	Ртуть	Hg22++2e Hg0	+0,79
Марганец	Mn2++2e Mn0	–1,05	Ртуть	Hg2+ +2e Hg0	+0,85
Цинк	Zn2+ +2e Zn0	–0,76	Платина	Pt2+ +2e Pt0	+1,20
Хром	Cr3+ +3e Cr0	–0,71	Золото	Au3++3e Au0	+1,50
Железо	Fe2+ +2e Fe0	–0,44	Золото	Au+ +e Au0	+1,68

Стандартный электродный потенциал – это электродный потенциал, определенный при стандартных условиях: концентрация (точнее, активность) ионов металла в растворе равна 1 г-ион /л при температуре 25 ºС (298 ºК), измеренный по отношению к стандартному водородному электроду сравнения. Обозначается обычно Е⁰ (φ⁰), измеряется в вольтах (В). Стандартные электродные потенциалы являются количественной характеристикой восстановительной способности атомов металлов и окислительной способности ионов этих металлов. Чем более отрицательное значение Е⁰_Ме⁺ⁿ_/Ме⁰, тем более сильной восстановительной способностью обладают металлы, а их ионы являются слабыми окислителями. Напротив, чем более положительное значение Е⁰_Ме⁺ⁿ_/Ме⁰, тем более сильной окислительной способностью обладают ионы металла, а атомы металла являются слабыми восстановителями