Тема 9. Електрохімічна обробка води

9.1. Основи електрохімічного очищення води

Електрохімія відноситься до області знань про взаємні перетворення хімічного і електричного видів енергії і про використання цих перетворень.

Електрохімічне очищення забруднених природних і стічних вод засноване на використанні електричної енергії при проведенні процесів електролізу водних розчинів електролітів.

Електроліз здійснюється в системах, що складаються з елементів:

• розчину електроліту - провідника другого роду, в якому речовини дисоційовані на іони (забруднені води є розчинами електролітів, оскільки в них завжди присутні іони в тій або іншій концентрації);

• електродів - провідників першого роду, занурених в розчин електроліту;

• зовнішнього джерела струму;

• токопідводів - металевих провідників першого роду, що з’єднують електроди з джерелом струму.

Механізм проходження струму через розчини електролітів. За сучасними переконаннями, електричний струм в металевих провідниках - це потік електронів, що пересуваються від негативного полюса джерела струму до позитивного. Якщо з'єднати полюси джерела струму металевим провідником, то джерело струму, подібно насосу, засмоктує електрони через позитивний полюс і виштовхує їх у провідник через негативний полюс.

У розчин електроліту опущені два електроди (рис. 31), з’єднані з полюсами джерела струму, заряджені один позитивно (анод), інший негативно (катод). Іони, що знаходяться в розчині, утворюються при дисоціації електроліту, пересуваються у двох протилежних напрямах: позитивні іони (катіони) рухаються до катода, негативні (аніони) - до анода. Досягаючи катода, катіони одержують від нього електрони, що не дістають їм, і стають нейтральними атомами або групою атомів (молекулами). Одночасно з цим аніони віддають аноду свої «зайві» електрони, теж переходячи в нейтральні атоми або групи атомів. Число електронів, що одержуються анодом, рівне числу електронів, передаваних за той же час катодом.

На межі розділу електрод - розчин відбувається перехід від електронної провідності до іонної, причому проходження електричного струму через провідники другого роду супроводжується виділенням на електродах продуктів електрохімічних реакцій, тобто продуктів взаємодії іонів і електронів. Реакція між іоном і електроном на межі розділу електрод - розчин визначає перетворення електричної енергії в хімічну. Електрохімічні процеси, як правило, здійснюються або за рахунок підведеної ззовні електричної енергії, або при її отриманні.

Хімічні перетворення в розчині електроліту за рахунок зовнішньої електричної енергії відбуваються в електролізерах або електролітичних ваннах. У таких системах частина розчину електроліту, що знаходиться у анода, називається анолітом, що знаходиться у катода – католітом.

Відмітною особливістю електрохімічної реакції в порівнянні з хімічною є просторове розділення електрохімічної реакції на два зв'язані процеси (дві зв'язані електродні реакції). Необхідність контакту реагуючих частинок в розчині - перша характерна особливість гомогенного хімічного процесу. Друга особливість полягає в тому, що шлях електрона при цьому виявляється дуже малим, довжина його не перевищує радіусу атома або молекули.