Раздел IV. Установки электрохимической и

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Глава 11. Электролизные установки

1.1. Основы электрохимической обработки

Электрохимия изучает поведение ионов в растворах и явления на границе между твердым телом и раствором. Она основана на применении электролитов.

Электролитами называются вещества, растворы и расплавы которых могут проводить электрический ток ионами, образующимися в результате электролитической диссоциации. В отличие от металлов и полупроводников растворы и расплавы электролитов обладают ионной проводимостью.

Электролитической диссоциацией называется процесс распада вещества на разноименно заряженные ионы при его растворении или расплавлении. Число положительных и отрицательных ионов, возникающих в процессе электролитической диссоциации, одинаково. Положительные ионы представляют собой атомы или молекулы, потерявшие один или несколько электронов, отрицательные ионы – атомы или молекулы, имеющие один или несколько лишних электронов.

В электролитах наряду с процессом диссоциации протекает обратный процесс воссоединения ионов в отдельные молекулы – молизация. В результате одновременного протекания этих двух процессов в растворе устанавливается подвижное равновесие между числом вновь образующихся ионов и числом ионов, воссоединяющихся в молекулы.

Если же к опущенным в электролит электродам приложить электрическое поле, то кроме хаотического теплового движения возникает направленное движение ионов. Положительные ионы (катионы) направляются к катоду, а отрицательные (анионы) – аноду. Дойдя до соответствующих электродов, ионы отдают им свои заряды и, став обычными атомами или молекулами, выделяются на электродах или вступают в химические реакции с материалом электрода.

В отличие от металлов и полупроводников прохождение электрического тока через электролит сопровождается переносом массы вещества.

Количество вещества g, выделившегося на электроде при прохождении электрического тока через раствор электролита, определяется законом Фарадея:

g = αIτ, (11.1)

где α – электрохимический эквивалент, г/Кл; I – ток, А; τ– время прохождения тока, с.

Электрохимический эквивалент α – количество вещества, выделившееся из электролита при прохождении одного кулона электричества. Численно он равен отношению химического эквивалента вещества к числу Фарадея. Число Фарадея ( ) – количество электричества, требующееся для выделения одного грамм-эквивалента вещества [ =96485 Кл/(г экв)].

Процессы в электролитах подчиняются закону Ома.

.

Плотность тока, проходящего через электролит,

j = enν = enµE, (11.2)

Учитывая плотность токов положительных и отрицательных ионов, получим

j = e(n⁺µ⁺ + n^-µ^-)E, (11.3)

где n⁺, n^-, µ⁺ и µ^- – концентрации и подвижности положительных и отрицательных ионов соответственно, µ=е/ – подвижность иона, – заряд иона.

Так как в электролите плотность тока j пропорциональна напряженности электрического поля, то вступает в силу закон Ома.

Проводимость электролита σ= e(n⁺µ⁺ + n^-µ^-) увеличивается с ростом концентрации ионов и их подвижности.