Електроліз розчинів.

Якщо налити в U-подібну трубку розчин купрум(ІІ) хлориду CuCl₂ , занурити у кожне коліно вугляні електроди і з’єднати їх металевими провідниками з джерелом постійного струму (акумулятором), то катод (електрод, сполучений з негативним полюсом джерела струму) вкриватиметься шар за шаром червоним нальотом металічної міді, а на аноді (електроді, що сполучений з негативним полюсом джерела струму) виділятиметься вільний хлор (виявляється за запахом):

CuCl₂ = Cu + Cl₂

Прилад для електролізу

У розчині купрум(ІІ) хлорид під впливом води дисоціює на йони:

CuCl₂ = Cu²⁺ + 2Cl^-

Йони хаотично рухаються у розчині. Після вмикання струму безладний рух йонів стає спрямованим. Йони Купруму рухаються до катоду, а йони Хлору – до аноду і там розряджаються:

8

На катоді відбувається процес відновлення, а на аноді – процес окиснення.

Електроліз – окисно-відновний процес, що відбувається на електродах під час проходження електричного струму крізь розчин або розплав електроліту.

Під час електролізу електрична енергія перетворюється на хімічну, на внутрішню енергію продуктів електролізу.

Якщо сіль утворена активним металом і оксигеновмісною кислотою, то електроліз її водного розчину має свої особливості (вивчається у ВНЗ).

Електроліз розплавів.

У кристалах солей вже є готові йони, але вони фіксовані, лише коливаються. Під впливом високої температури кристалічні гратки розщеплюються на йони так само, як і під час розчинення у воді. Вивільнені йони рухаються хаотично. Якщо крізь розплав пропустити постійний електричний струм, то позитивно заряджені йони починають рухатися до негативно зарядженого електрода – катода, а негативно заряджені йони – до позитивно зарядженого електрода – анода і на електродах розряджаються:

Електроліз розплаву NaCl

На катоді виділяється металічний натрій, на аноді – газуватий хлор,

9

Чистий натрій можна добути й електролізом розплаву натрій гідроксиду:

У розглянутих випадках передбачається, що електроди – інертні, тобто виготовлені з матеріалу, який участі в реакціях не бере.

Нарощування шару металу на поверхні виробу електролітичним способом дає змогу виготовляти найточніші зліпки і копії. Цей спосіб розробив російський учений Б.Я.Якобі у 1838р., і називається він гальванопластикою.

Гідрометалургія — відновлення металу більш активним мета­лом чи електричним струмом у водному розчині його сполуки. Металічну руду спочатку обробляють розчинами кислот чи лугів, унаслідок чого йони металічного елемента переходять у розчин, а вже потім піддають відновленню більш активним металом або електричним струмом, наприклад:

Си30₄ + Ре = РеЗОд + Си

Таким способом добувають цинк, манган, мідь, нікель, золото, платину та деякі інші метали високої чистоти. Цінність методу по­лягає також у тому, що можна використовувати сировину з невели­ким умістом металу.

Металотермія — це різновид пірометалургії, заснований на процесах відновлення металів з їх сполук активнішими металами або кремнієм. Як відновники найчастіше застосовують алюміній, магній і кремній

Металотермічні процеси супроводжуються виділенням великої кількості тепла.

Цінність металотермії полягає в тому, що видобутий метал не містить небажаних домішок вуглецю, які є в продуктах піромета­лургії, одержаних із застосуванням коксу.

Металотермічним методом добувають титан, вольфрам, рідкіс­ні та дорогоцінні метали.

Метали і сплави в сучасній техніці

Каркаси будівель, опори мостів, телевізійні вишки, залізниці, кабіни й кузови автомобілів та багато іншого вироблено зі сталі.

Електроліз широко застосовується у багатьох виробництвах:

для добування активних металів (Na, K, Ca, Mg, Al);

для добування хлору та фтору;

10

для добування лугів КОН, NaOH і бертолетової солі (калій хлорату) KClO₃ ;

для очищення металів (рафінування міді);

для нанесення гальванічних покриттів з метою захисту металу від корозії: нікелювання, хромування, лудіння (покриття оловом), оцинковування, золочення тощо.

Розвиток металургійного виробництва в Україні.

Виробництво заліза на території України відоме з VII – V ст. до н.е. За часів Київської Русі набув поширення так званий сиродувний процес добуваня заліза способом безпосереднього відновлення залізних руд деревним вугіллям у горнах.

У XIV – XVIII ст. на Поліссі, Київщині, у Прикарпатті й Галичині здійснювалось виробництво металу в горнах і примітивних домницях. На Поліссі наприкінці XVIII ст. з’явилися перші доменні печі невеликого розміру, в яких із місцевих болотних і гірських руд виплавляли ливарний чавун на деревному вугіллі.

Заводське виробництво чорних металів в Україні набуло розвитку наприкінці ХІХ ст. одночасно з промисловою розробкою покладів кам’яного вугілля у Донбасі і залізних руд у Криворізькому і Керченському басейнах. Перша доменна піч, що працювала на кам’яному вугіллі, була споруджена на початку ХІХ ст. в Луганську. З 80-х років великі металургійні заводи, що використовували кокс, будувалися в Україні на Донбасі і в Придніпров’ї. Перший такий завод став до ладу у 1872 р. в Юзівці (нині Донецьк). У 1913 р. в Україні була зосереджена більша частина виробництва металу, ніж у всій тодішній Росії. Діяло 42 домни і 72 мартенівських печі, 28 конвертерів.

Вітчизняна чорна металургія як промислова галузь зародилася в 70-і роки XIX ст. До цього існувало чимало кустарних виробництв металу, де відновлення здійснювали з використанням деревного вугілля.

Наявність на території України запасів залізних, марганцевих та ін­ших металічних руд, коксівного ву­гілля сприяли інтенсивному розвит­ку металургії.

У середині XX ст. чорна металур­гія в Україні стрімко розвивалася, були реконструйовані старі та побудовані нові металургійні заводи, комбінати, серед яких і донині залишаються найпотужнішими «Азовсталь», «Запоріж- сталь» і «Криворіжсталь». їх потужність становить понад 5 млн т металу на рік. Спад промислового розвитку, що спостерігався під час Першої та Другої світових воєн, швидко надолужувався відновлен­ням потужностей, будівництвом нових об'єктів. Свого найвищого рівня металургійне виробництво в Україні досягло у 80-і роки XX ст.

Нині це також прибуткова галузь, що налічує понад ЗО металур­гійних заводів, формує майже 40 % бюджету держави.

Нині перед металургійною промисловістю України постало завдання щодо її модернізації та технічної перебудови, аби вітчиз­няна продукція чорної металургії була конкурентоспроможною на світовому ринку.

Охорона навколишнього середовища під час виробництва й ви­користання металів. За сучасних технологій виготовлення металів не вдається уникнути забруднення навколишнього середовища. Як на­слідок, на територіях з розвиненою чорною металургією підвищений уміст шкідливих речовин у повітрі, воді, про­дукції рослинництва й тваринництва. Така несприятлива екологічна ситуа­ція є предметом уваги технологів, лі­карів, екологів та інших фахівців.

З метою забезпечення охорони навколишнього середовища під час виробництва й використання металів наукові дослідження проводяться в

кількох напрямах. По-перше, розробляються й впроваджуються без­відходні технології.

Використовуючи знання економічної географії України, пояс­ніть, у чому полягає їх сутність.

По-друге, виробництво переводиться на замкнений цикл водо- використання. Річ у тому, що на металургійних комбінатах задіяно велику кількість води і не завжди водоочисні споруди забезпечу­ють повне її очищення від шкідливих домішок, перш ніж відпра­цьована вода потрапить за межі заводу у водойми.

По-третє, місцева влада, керівництво металургійних підпри­ємств несуть відповідальність за дотримання санітарних норм, за збереження та примноження зелених насаджень, які відіграють важливу роль у поліпшенні складу повітря, оздоровленні навко­лишнього середовища.

По-четверте, лікарі, фармацевти і дієтологи скеровують свої дії на розроблення належних раціонів харчування, засобів профілак­тики та лікування професійних захворювань тощо.

Упровадження на підприємствах чорної металургії найновіших технологічних процесів з виробництва металів дасть змогу звести до мінімуму промислові відходи і викиди в атмосферу. У такій важ­ливій справі, як охорона навколишнього середовища, зусилля вче­них, влади й кожного громадянина відіграють неабияку роль.

12