Tarkib Kirish Elektroliz tushunchasi va mohiyati Faradayning elektroliz qonunlari Elektrolizning qo'llanilishi Xulosa Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati Kirish

1. Elektroliz tushunchasi va mohiyati
Elektroliz - bu tashqi manbadan ta'minlangan elektr toki ta'sirida elektrodlarda sodir bo'ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayoni. Elektroliz elektr energiyasini kimyoviy energiyaga aylantiradi. Elektroliz xujayrasi elektrolizator deb ataladi va ikkita elektrod va elektrolitdan (eritma yoki eritma) iborat. Elektrolizatorda qaytarilish reaktsiyasi sodir bo'ladigan elektrod (katod) tashqi oqim manbaining manfiy qutbiga ulanadi. Oksidlanish reaktsiyasi sodir bo'ladigan elektrod (anod) oqim manbaining musbat qutbiga ulanadi.
Elektrod jarayonlarining tabiati va borishiga elektrolitlar tarkibi, erituvchi, elektrod materiali va elektroliz rejimi (kuchlanish, oqim zichligi, harorat va boshqalar) katta ta'sir ko'rsatadi.
Parchalanish kuchlanishi. Haddan tashqari kuchlanish hodisalari. Elektroliz jarayonlari mos keladigan galvanik elementlarning ishlash jarayonlarining teskarisi bo'lib, teskari jarayonda ularning termodinamik xususiyatlari mos kelishi kerak. Biroq, amalda, elektroliz jarayoni uni to'liq qaytarib bo'lmaydigan holga keltiradigan yon ta'sirlar bilan birga keladi.
Elektroliz jarayoni boshlanishi uchun elektrolitik hujayraga qo'llanilishi kerak bo'lgan umumiy kuchlanish parchalanish kuchlanishi - Erazl deb ataladi. Qaytariladigan jarayonda parchalanish kuchlanishi galvanik elementning elektromotor kuchi Ee ga teng, lekin amalda u katta bo'lib chiqadi. Shunday qilib, sulfat, nitrat, fosfor kislotalari va natriy va kaliy gidroksidlarining suvli eritmalarini elektrolizlash jarayonida suv parchalanadi va barcha bu elektrolitlarning parchalanish kuchlanishi 1,7 V ga yaqin bo'ladi. , / kislota / O2, Pt, lekin bu sxema uchun Ee = 1,07 V. Bu hodisa elektroliz paytida haddan tashqari kuchlanish deb ataladi - ē.
Erazl. = Ee + ē.
Katodning haddan tashqari kuchlanishi - uning potentsialini salbiy tomonga o'tkazish uchun katodga qo'llaniladigan qo'shimcha kuchlanish va anodik ortiqcha kuchlanish uning potentsialini ijobiy tomonga o'tkazish uchun qo'llaniladi.
Ee bilan solishtirganda kuchlanishning oshishi elektr energiyasini ortiqcha iste'mol qilishga olib keladi. Elektrodlar va elektrolitlarning qarshiligini, shuningdek elektrodlarning polarizatsiyasini kamaytirish orqali kuchlanishni kamaytirish mumkin. Elektrolizatorning ichki qarshiligini elektr o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan elektrolitdan foydalanib, haroratni oshirish va elektrodlar orasidagi masofani kamaytirish orqali kamaytirish mumkin. Polarizatsiya elektrodlar sirtini, haroratni, reagent kontsentratsiyasini oshirish, aralashtirish, shuningdek, oqimni kamaytirish va katalizator elektrodlarini qo'llash orqali kamaytirilishi mumkin.
Ba'zida elektroliz paytida polarizatsiya ijobiy rol o'ynaydi. Shunday qilib, vodorodning qutblanishi (ortiqcha kuchlanish) tufayli katodga salbiy potentsialga ega bo'lgan ba'zi metallarni suvli eritmalarda cho'ktirish mumkin.
Elektrod jarayonlarining ketma-ketligi. Elektrolit eritmalarini elektroliz qilish jarayonida elektrolitda faqat bir turdagi kationlar va bir turdagi anionlar mavjud, shuning uchun elektroliz sxemasi oddiy. Biroq, ko'pincha elektrolitda bir necha turdagi kationlar va anionlar va ajralmagan molekulalar mavjud, shuning uchun bir nechta elektrod reaktsiyalari sodir bo'lishi mumkin.
Katod jarayonlari. Katodda qaytarilish reaktsiyasi sodir bo'lganligi sababli, ya'ni elektronlar oksidlovchi vosita tomonidan qabul qilinganligi sababli, birinchi navbatda eng kuchli oksidlovchi moddalar reaksiyaga kirishishi kerak. Katodda eng ijobiy potentsialga ega bo'lgan reaktsiya birinchi bo'lib sodir bo'ladi. Suvli elektrolitlar eritmasini elektroliz qilish jarayonida katodik qaytarilish uchun barcha oksidlovchi moddalarni uch guruhga bo'lish mumkin.
Potensial vodorod elektrodining potentsialidan ko'ra salbiyroq bo'lgan metall ionlari. Bularga alyuminiygacha bo'lgan kuchlanish oralig'idagi metall ionlari kiradi. Suvli eritmalarda bu ionlarning katodda chiqishi deyarli sodir bo'lmaydi, aksincha, vodorod ajralib chiqadi:
2H2O + 2e = H2 + 2OH– (2H+ + 2e = H2).
Metalllarni H+ ionlari boʻlmagan erigan tuzlardan elektroliz yoʻli bilan olish mumkin.
Potensial vodorod elektrodining potentsialidan ijobiyroq bo'lgan metall kationlari. Ular vodoroddan keyin kuchlanish oralig'ida va elektroliz paytida katodda deyarli to'liq kamayadi:
Erkaklar+ + ne = Me0.
Potensiallari vodorod elektrodining potentsialidan nisbatan kam farq qiladigan metall ionlari. Bularga alyuminiy va vodorod orasidagi kuchlanish oralig'ida joylashgan metall ionlari kiradi. Katodda elektroliz paytida ular suv molekulalari bilan bir vaqtda kamayadi.
Anodik jarayonlar. Anodda qaytaruvchi moddalarning oksidlanish reaktsiyalari sodir bo'ladi, ya'ni elektron yo'qoladi. Shuning uchun anodda eng salbiy potentsialga ega bo'lgan moddalar birinchi navbatda oksidlanadi.
Anoddagi reaksiyalarning tabiati elektrod materialiga ham bog'liq. Erimaydigan va eriydigan anodlar mavjud.
Erimaydigan anodlar ko'mir, grafit va platinadan tayyorlanadi. Elektroliz paytida erimaydigan anodlarning o'zi elektronlarni tashqi kontaktlarning zanglashiga olib bormaydi, elektronlar anionlar va suv molekulalarining oksidlanishi natijasida yuboriladi. Shu bilan birga, kislorodsiz kislotalarning anonlari, ularning etarli konsentratsiyasida, juda oson oksidlanadi (2Cl – - 2e = Cl2). Agar eritmada kislorod kislotalarining anionlari (masalan, SO42-, NO3-, PO43- va boshqalar) bo'lsa, anodda bu ionlar emas, balki suv molekulalari oksidlanadi:
2H2O – 4e = O2 + 4H+.
Eriydigan anodlar. Elektronlar tashqi zanjirga eritmaning anionlari tomonidan emas, balki anodning o'zi tomonidan yuboriladi. Eriydigan anodlar mis, kumush, rux, nikel va boshqa metallardan tayyorlanadi. Eriydigan anod bilan elektroliz paytida metall atomlarining anodik oksidlanishi sodir bo'ladi: Me0 - ne = Men+. Ba'zi metallar yuqori anodik qutblanish tufayli amalda erimaydi, masalan, ishqoriy erituvchida nikel va temir, sulfat kislotada qo'rg'oshin. Himoya qatlamlari hosil bo'lishi tufayli metallning anodik erishini inhibe qilish hodisasi metallning passivligi deyiladi.
2. Faradayning elektroliz qonunlari
1883-yilda ingliz olimi M.Faradey elektrodda oʻtgan elektr toki bilan kimyoviy oʻzgarishlarga uchragan moddaning miqdori oʻrtasidagi bogʻliqlikni belgilovchi qonuniyatlarni kashf etdi.