Электрический ток в электролитах. Урок 4

Электрический ток в электролитах
Электролиты. Носители зарядов в электролитах.
Электролиз.
Закон Фарадея для электролиза.

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества.
Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы.

Основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей, оснований, щёлочей.
Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах.
Это явление получило название электролиза.

Электролиз
Это совокупность процессов, протекающих в растворе или расплаве электролита, при пропускании через него электрического тока. Электролиз является одним из важнейших направлений в электрохимии

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ВАННА.
Катод (-)
Анод (+)
Восстановление
Окисление
Электроды

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.
Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду).
Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул.
Это явление называется электролитической диссоциацией.

Сущность электролиза
В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости от условий могут вступать в реакции с растворителем, материалом электрода и т.п., так называемые вторичные процессы
Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока присоединяют катод, а к положительному полюсу - анод, после чего погружают их в электролизер с раствором или расплавом электролита

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году.
Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе:
Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:
m = kQ = kIt.
Величину k называют электрохимическим эквивалентом.

Процесс получения отслаиваемых покрытий (гальванопластика) был разработан русским ученым Б.С.Якоби, который в 1836 году применил этот способ для изготовления полых фигур для Исаакиевского собора. При помощи электролиза осуществляют очистку металлов от примесей. Получают алюминий из расплава бокситов.

* Электролитические процессы *классифицируются следующим образом:
получение неорганических веществ(водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)
получение металлов(литий, натрий, калий, берилий, 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

Практическое применение электролиза
Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.).
Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов.
Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами - процесс электрорафинирования или с нерастворимыми - процесс электроэкстракции.
Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах.

В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др.
Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов в электролизер. При пропускании тока металл, подлежащий очистке, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми, либо переходят в электролит и удаляются.
Cхема электролитического рафинирования меди

Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегию и гальванопластику.
Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается (сцепляется) с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом электролизера.
Перед покрытием изделия необходимо его поверхность тщательно очистить (обезжирить и протравить), в противном случае металл будет осаждаться неравномерно, а кроме того, сцепление (связь) металла покрытия с поверхностью изделия будет непрочной. Способом гальваностегии можно покрыть деталь тонким слоем золота или серебра, хрома или никеля. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия на различных металлических поверхностях. При таком способе нанесения покрытий, деталь используют в качестве катода, помещенного в раствор соли того металла, покрытие из которого необходимо получить. В качестве анода используется пластинка из того же металла.