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

Faradayning birinchi qonuni. Elektroliz paytida elektrodlarning har birida chiqariladigan modda miqdori elektrolitdan oqib o'tadigan zaryadga mutanosibdir:
,
bu yerda K - moddaning tabiatiga qarab elektrokimyoviy ekvivalent.
Faradayning ikkinchi qonuni. Barcha moddalarning elektrokimyoviy ekvivalenti ularning kimyoviy ekvivalentiga mutanosibdir:

Bu erda A - atom og'irligi, z - kimyoviy elementning valentligi; - Faraday raqami.
Elektrodlardagi moddaning chiqishi faqat ma'lum bir kuchlanish bilan boshlanadi, elektrolitlar parchalanishining pol kuchlanishi deb ataladi U _p . Ushbu kuchlanishdan boshlab, elektrolitda oqim paydo bo'ladi, uning zichligi Ohm qonuniga bo'ysunadi:
,
bu erda n ⁺ va n ^- mos ravishda musbat va manfiy ionlarning konsentratsiyasi; q ⁺ va q ^- - ionlarning zaryadlari; u ⁺ va u ^- - ion harakatchanligi; s - elektrolitning elektr o'tkazuvchanligi.
Ionlarning harakatchanligi ularning tabiatiga va erituvchining xususiyatlariga bog'liq. Haroratning oshishi bilan ionlarning harakatchanligi ortadi. Elektrolitlarda ionlarning harakatchanligi juda past. Shunday qilib, xona haroratida suvli eritmalar uchun u 10 ^-8 -10 ^{-7 ni tashkil qiladi} (taqqoslash uchun, metallardagi elektronlarning harakatchanligi ~ ^10-4 ).
Agar molekula faqat bir juft ionga dissotsiatsiyalansa, u holda . Ushbu holatda
Faraday qonunlari eritmalar va eritmalar uchun ham amal qiladi va ikkala elektrodga ham tegishli. 1 ekv hosil qilish uchun zarur bo'lgan elektr miqdori. har qanday modda, barcha moddalar uchun bir xil; u 96,485 C ga teng va Faraday soni yoki Faraday doimiysi (asosiy fizik konstanta) deb ataladi. Ushbu naqsh amaliyotda keng qo'llaniladi. Sarflangan elektr quvvati miqdoridan kelib chiqib, siz elektrokaplama jarayonida hosil bo'lgan metall qoplamaning massasini yoki qalinligini hisoblashingiz mumkin va aksincha, qoplamaning qalinligini o'rnatib, buning uchun qancha elektr energiyasi kerakligini taxmin qilishingiz mumkin. Faraday qonunlari to'g'ridan-to'g'ri oqimni o'lchash uchun mo'ljallangan voltmetr va asboblarning ishlashiga asoslanadi.
katodini qo'llash
Elektroliz yo'li bilan maqsadli mahsulotlarni olish jarayonning tezligi va yo'nalishini nisbatan sodda (oqim kuchini sozlash orqali) boshqarishga imkon beradi, buning natijasida jarayonlarni ham "yumshoq" va ham o'ta "qattiq" da bajarish mumkin. oksidlanish yoki qaytarilish sharoitlari, eng kuchli oksidlovchi moddalar va qaytaruvchi moddalarni olish. Elektroliz natijasida suvdan H2 va O2, NaCl ning suvli eritmalaridan Cl2, KH2F3 dagi KF eritmasidan F2 hosil bo'ladi.
Gidroelektrometallurgiya rangli metallurgiyaning muhim tarmogʻi (Cu, Bi, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Cd, Zn); u asil va iz metallar, Mn, Cr olish uchun ham ishlatiladi. Metall rudadan eritmaga o'tkazilgandan va eritma tozalangandan so'ng, to'g'ridan-to'g'ri katodli ajratish uchun elektroliz ishlatiladi. Bu jarayon elektroekstraksiya deb ataladi. Elektroliz metallni tozalash uchun ham qo'llaniladi - elektrolitik tozalash (elektro tozalash). Bu jarayon ifloslangan metallning anodik erishi va uning keyingi katodli cho'kishidan iborat. Tozalash va elektroekstraktsiya simob va amalgamalardan (amalgam metallurgiya) tayyorlangan suyuq elektrodlar va qattiq metallardan tayyorlangan elektrodlar bilan amalga oshiriladi.
Elektrolit eritmalarini elektroliz qilish ko'plab metallarni ishlab chiqarishning muhim usuli hisoblanadi. Masalan, alyuminiy xom ashyosi kriolit-alyuminiy eritmasini (Na3AlF6 + Al2O3) elektroliz qilish yo'li bilan ishlab chiqariladi, xomashyo esa elektrolitik tozalash orqali tozalanadi. Bunday holda, anod Al eritmasi bo'lib, 35% gacha Cu (og'irlik uchun) o'z ichiga oladi va shuning uchun elektrolizator vannasining pastki qismida joylashgan. Vannaning o'rta suyuq qatlamida BaCl2, AlF3 va NaF, yuqori qatlamida eritilgan tozalangan Al mavjud va katod vazifasini bajaradi.
Eritilgan magniy xlorid yoki suvsizlangan karnallitni elektroliz qilish Mg ishlab chiqarishning eng keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Sanoat miqyosida eritmalarni elektroliz qilish ishqoriy va ishqoriy tuproq metallarini, Be, Ti, W, Mo, Zr, U va boshqalarni olish uchun ishlatiladi.
Metalllarni olishning elektrolitik usullari, shuningdek, metall ionlarini boshqa, ko'proq elektromanfiy metall bilan qaytarishni o'z ichiga oladi. Vodorod bilan qaytarilish yo'li bilan metallarni izolyatsiya qilish ko'pincha elektroliz bosqichlarini ham o'z ichiga oladi - vodorodning elektrokimyoviy ionlanishi va bu jarayonda ajralib chiqqan elektronlar hisobiga metall ionlarining cho'kishi. Bir nechta metallarning birgalikda ajralib chiqishi yoki erishi, katodda metallar va molekulyar vodorodning birgalikda ajralib chiqishi va eritma komponentlarini elektrodlarga adsorbsiyalash jarayonlari muhim rol o'ynaydi. Kerakli xususiyatlarga ega bo'lgan metall kukunlarini tayyorlash uchun elektrolizdan foydalaniladi.
Elektrolizning boshqa muhim ilovalari - elektrokaplama, elektrosintez, metallarni elektrokimyoviy qayta ishlash va korroziyadan himoya qilish.
Elektrolizatorlar. Elektrolitik jarayonlarni amalga oshirish uchun sanoat qurilmalarining dizayni jarayonning tabiati bilan belgilanadi. Gidrometallurgiya va elektrokaplamada, asosan, to'g'ridan-to'g'ri oqim manbaining manfiy va musbat qutblariga ulangan o'zgaruvchan katodlar va anodlar joylashtirilgan elektrolitli ochiq idish bo'lgan quti elektrolizatorlari ishlatiladi. Anodlar ishlab chiqarish uchun grafit, uglerod-grafit materiallari, platina, temir oksidlari, qo'rg'oshin, nikel, qo'rg'oshin va uning qotishmalari ishlatiladi; Ular ruteniy va titan oksidlari aralashmasidan (ruteniy-titan oksidi anodlari yoki ORTA), shuningdek, platina va uning qotishmalaridan tayyorlangan faol qoplamali kam eskirgan titan anodlaridan foydalanadilar. Ko'pgina elektrolizatorlarda katodlar uchun po'lat ishlatiladi, shu jumladan. elektrolitlar va elektroliz mahsulotlarining agressivligini, haroratni va boshqa jarayon sharoitlarini hisobga olgan holda turli xil himoya qoplamalari bilan. Ba'zi elektrolizatorlar yuqori bosim sharoitida ishlaydi, masalan, suvning parchalanishi 4 MPa gacha bosim ostida amalga oshiriladi; Yuqori bosimlar uchun elektrolizatorlar ham ishlab chiqilmoqda. Zamonaviy elektrolizatorlarda plastmassa, shisha va shisha tolali, keramika keng qo'llaniladi.
Ko'pgina elektrokimyoviy sohalarda katod va anod bo'shliqlarini ajratish talab qilinadi, bu ionlar uchun o'tkazuvchan diafragmalar yordamida amalga oshiriladi, lekin mexanik aralashtirish va diffuziyaga to'sqinlik qiladi. Bunday holda, elektrodlarda yoki eritma hajmida hosil bo'lgan suyuq va gazsimon mahsulotlarni ajratishga erishiladi va elektrolizning dastlabki, oraliq va yakuniy mahsulotlarining teskari belgining elektrodida va yaqin atrofdagi reaktsiyalarda ishtirok etishiga erishiladi. -elektrod bo'shlig'ining oldi olinadi. G'ovakli diafragmalarda ham kationlar, ham anionlar mikroporlar orqali uzatish raqamlariga mos keladigan miqdorda o'tkaziladi. Ion almashinadigan diafragmalarda (membranada) ularning tarkibiga kiradigan ionogen guruhlarning tabiatiga qarab faqat kationlar yoki anionlar o'tkaziladi. Kuchli oksidlovchi moddalarni sintez qilishda odatda diafragmasiz elektrolizatorlar ishlatiladi, lekin elektrolit eritmasiga K2Sr2O7 qo'shiladi. Elektroliz jarayonida katodda g'ovak xromit-xromat plyonkasi hosil bo'lib, u diafragma vazifasini bajaradi. Xlor ishlab chiqarishda po'lat to'r shaklida katod ishlatiladi, uning ustiga asbest qatlami qo'llaniladi, u diafragma vazifasini bajaradi. Elektroliz jarayonida anod kamerasiga sho'r suv quyiladi va NaOH eritmasi anod kamerasidan chiqariladi.
Magniy, alyuminiy, gidroksidi va gidroksidi tuproq metallarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan elektrolizator o'tga chidamli material bilan qoplangan vanna bo'lib, uning pastki qismida katod vazifasini bajaradigan erigan metall va yuqorida bloklar ko'rinishidagi anodlar joylashtirilgan. suyuq metall qatlami. Xlorni membrana ishlab chiqarish jarayonlarida, elektrosintezda alohida ramkalardan yig'ilgan filtr-press tipidagi elektrolizatorlar qo'llaniladi, ular orasida ion almashinadigan membranalar joylashtiriladi.
Quvvat manbaiga ulanish xususiyatiga ko'ra monopolyar va bipolyar elektrolizatorlar ajratiladi. Monopolyar elektrolizator bir xil qutbli elektrodlarga ega bo'lgan bitta elektrolitik hujayradan iborat bo'lib, ularning har biri tok zanjiriga parallel ravishda ulangan bir nechta elementlardan iborat bo'lishi mumkin. Bipolyar elektrolizatorda tok zanjiriga ketma-ket ulangan ko‘p sonli hujayralar (100-160 tagacha) mavjud va har bir elektrod, ikkita tashqi elektroddan tashqari, bir tomondan katod, ikkinchisi esa anod sifatida ishlaydi. . Monopolar elektrolizatorlar odatda yuqori oqim va past kuchlanish uchun mo'ljallangan, bipolyar - nisbatan past oqim va yuqori kuchlanish uchun. Zamonaviy elektrolizatorlar yuqori oqim yukiga imkon beradi: monopolyar 400-500 kA gacha, bipolyar - 1600 kA ga teng.


Xulosa
Shunday qilib, eritmalar va eritmalarni elektroliz qilish jarayonlari bugungi kunda ham olimlar va texnologlarni qiziqtirmoqda, ya'ni bu mavzu o'z dolzarbligini va amaliy ahamiyatini yo'qotmagan.
Elektroliz sanoatda metallarni ajratish va tozalash, ishqorlar, xlor va vodorod olish uchun keng qo'llaniladi.
Alyuminiy, magniy, natriy, kadmiy, kaltsiy, berilliy, titan faqat eritmalarni elektroliz qilish yo'li bilan olinadi, chunki ularning suvli eritmalardan ajralib chiqish potentsiallari vodorodning ajralib chiqish potentsialidan ko'ra salbiyroqdir.
Mis, nikel va qo'rg'oshinni tozalash butunlay elektrokimyoviy usul bilan amalga oshiriladi. Ftor ishlab chiqarish erigan kaliy ftorid va gidroftorik kislota aralashmasining elektroliziga, xlor - suvli eritmalar yoki xlorid eritmalarining elektroliziga asoslangan. Vodorod va yuqori tozalikdagi kislorod ishqorlarning suvli eritmalarini elektroliz qilish yo'li bilan olinadi. Shunday qilib, elektroliz yordamida an'anaviy kimyoviy jarayonlarda erishish qiyin bo'lgan yuqori rentabellik va yuqori selektivlik bilan oksidlanish va qaytarilish reaktsiyalarini amalga oshirish mumkin.
Elektrolizni qo'llashning muhim sohasi metallarni korroziyadan himoya qilishdir: bu holda metall yuzasiga korroziyaga chidamli boshqa metallning (xrom, kumush, mis, nikel, oltin) yupqa qatlami qo'llaniladi. elektrokimyoviy usuldan foydalangan holda mahsulotlar.
Elektrolitlar eritmalari yoki eritmalarini elektroliz qilishning o'ziga xos xususiyati elektrodlarda yuzaga keladigan raqobatdosh kimyoviy oksidlanish va qaytarilish reaktsiyalari to'plamining imkoniyatidir. Elektroliz mahsulotlari va elektrod materialiga ta'sir qiladi.
Katod va anoddagi qaytarilish va oksidlanish jarayonlari elektrolitik jarayonlarda ishtirok etuvchi zarrachalarning elektrod potentsiallari qiymatlari bilan aniqlanadi. Katodda potentsiallari eng ijobiy bo'lgan zarralar birinchi bo'lib zaryadsizlanadi, anodda esa - potentsiali eng elektronegativ bo'lgan zarralar. Bundan tashqari, elektroliz jarayonida elektrodning haddan tashqari kuchlanish omilini - elektrodning polarizatsiyasini hisobga olish kerak, bu umumiy elektrod jarayonining ma'lum bir bosqichining sekin rivojlanishi bilan belgilanadi. Kechiktirilgan bosqichning tabiatiga qarab, biz haddan tashqari kuchlanishning har xil turlari (kontsentratsiya, reaktsiya, diffuz) haqida gapirishimiz mumkin.