Điện phân là gì? Anode và catốt. Quá trình hóa lý

Trong một thời gian dài người ta không thể có được nhiều chất tinh khiết trong một dạng tự do. Ví dụ, như:

• Kim loại;
• Alkalis;
• Clo;
• Hydro;
• Hydro peroxit;
• Chlororganic và các chất khác.

Họ đã thu được hoặc với một nội dung chất ô nhiễm cao mà không thể xử lý, hoặc không được tổng hợp ở tất cả. Nhưng mối liên hệ này rất quan trọng để sử dụng trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày. Nhưng với sự khám phá ra một quá trình như điện phân, nhiệm vụ của một quy mô lớn đã được giải quyết. Hôm nay nó được sử dụng không chỉ cho tổng hợp, mà còn cho nhiều quá trình khác.

Điện phân là gì? Khi nó xảy ra, từ đó các giai đoạn được hình thành, những gì là lợi thế chính của phương pháp này, chúng ta hãy cố gắng hiểu được quá trình của bài báo.

Điện phân là gì?

Để trả lời câu hỏi này, trước tiên chúng ta nên chuyển sang thuật ngữ và hiểu một số khái niệm cơ lý hóa cơ bản.

1. Dòng điện trực tiếp là dòng chảy trực tiếp của các điện tử phát ra từ bất kỳ nguồn điện nào.
2. Electrolyte là chất có khả năng dẫn điện.
3. Điện cực là các tấm của một số vật liệu nhất định, được nối với nhau, qua điện qua chúng (cực dương và cực âm).
4. Phản ứng oxy hóa giảm là một quá trình trong đó mức oxy hóa của người tham gia thay đổi. Tức là, một số ion ôxi hóa và tăng giá trị của mức độ oxy hóa, trong khi một số khác, ngược lại, được giảm, hạ thấp nó.

Sau khi giải thích tất cả các thuật ngữ này, ta có thể trả lời câu hỏi về điện phân là gì. Quá trình oxy hóa-giảm bao gồm đi qua một dòng điện trực tiếp thông qua các giải pháp điện giải và kết thúc với việc phát hành các sản phẩm khác nhau trên các điện cực.

Việc lắp đặt đơn giản nhất, có thể được gọi là một tế bào điện phân, chỉ bao gồm một vài thành phần:

• Hai ly với chất điện phân;
• Nguồn hiện tại;
• Hai điện cực kết nối với nhau.

Trong ngành công nghiệp, nó sử dụng các thiết kế tự động phức tạp hơn nhiều mà làm cho nó có thể sản xuất một lượng lớn các sản phẩm - bồn chứa điện phân.

Quá trình điện phân khá phức tạp, nó tuân thủ một số luật lý thuyết và tiến bộ theo các thủ tục và quy tắc được thiết lập. Để dự đoán chính xác kết quả của nó, cần phải hiểu rõ tất cả các mẫu và các biến thể có thể xảy ra.

Cơ sở lý thuyết của quy trình

Các quy tắc cơ bản quan trọng nhất mà điện phân được tổ chức là luật của Michael Faraday, nhà khoa học nổi tiếng về vật lý, nổi tiếng với công việc của mình trong lĩnh vực nghiên cứu dòng điện và các quá trình đi kèm.

Tổng cộng, có hai quy tắc như vậy, mỗi bộ đều mô tả bản chất của các quá trình xảy ra trong quá trình điện phân.

Luật thứ nhất

Định luật Faraday đầu tiên , có công thức được viết là m = kI * Δt, như sau.

Khối lượng của chất phát hành tại điện cực tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua chất điện phân.

Nó có thể được nhìn thấy từ công thức mà m là khối lượng của chất, tôi là sức mạnh hiện tại, và Δt là thời gian mà nó đã được thông qua. Ngoài ra còn có một giá trị của k, được gọi là điện hóa tương đương của hợp chất. Giá trị này phụ thuộc vào bản chất của hợp chất. Số, k bằng với khối lượng của chất được giải phóng trên điện cực khi một đơn vị điện tích đi qua điện phân.

Nguyên tắc thứ hai của điện phân

Định luật Faraday thứ hai, công thức của nó là m = M * I * Δt / n * F, như sau. Tương đương điện hóa của hợp chất (k) tỉ lệ thuận với khối lượng mol của nó và tỷ lệ nghịch với hóa trị của chất.

Công thức trên là kết quả của một dẫn xuất từ tất cả các kết hợp. Nó phản ánh bản chất của luật thứ hai của điện phân. M là khối lượng mol của hợp chất, I là sức mạnh của dòng điện đi qua toàn bộ quá trình, Δt là thời gian của toàn bộ điện phân, F là hằng số Faraday, và n là các điện tử tham gia vào quá trình này. Số của chúng bằng với phí của ion tham gia vào quá trình này.

Các luật của Faraday giúp hiểu được điện phân là gì và cũng có thể tính năng suất của sản phẩm theo khối lượng, để dự đoán kết quả cần thiết và ảnh hưởng đến tiến trình của quá trình. Chúng tạo thành cơ sở lý thuyết cho những chuyển đổi đang được xem xét.

Khái niệm anode và các loại của nó

Điện cực rất quan trọng trong điện phân. Toàn bộ quá trình phụ thuộc vào vật liệu mà chúng được tạo ra, dựa trên đặc tính và tính chất cụ thể của chúng. Vì vậy, chúng tôi xem xét chi tiết hơn mỗi người trong số họ.

Điện cực cực trị, cực dương. Đó là, một trong những tham gia vào các "+" cực của nguồn điện. Theo đó, nó từ dung dịch ion âm điện phân hoặc anion sẽ di chuyển. Chúng sẽ oxy hóa ở đây, có mức oxy hóa cao hơn.

Do đó, bạn có thể miêu tả một sơ đồ nhỏ giúp ghi nhớ các quá trình anode: anode "plus" - anion - oxy hóa. Có hai loại chính của điện cực này, tùy thuộc vào đó, sản phẩm này hoặc sản phẩm đó sẽ được thu được.

1. Anode không hòa tan, hoặc không hoạt động. Một điện cực được sử dụng cho loại này, chỉ phục vụ cho việc truyền điện tử và quá trình oxy hóa, nhưng bản thân nó không bị tiêu hao và không tan. Anod như vậy được làm bằng graphite, iridium, bạch kim, than đá và như vậy. Sử dụng các điện cực như vậy, có thể thu được kim loại ở dạng tinh khiết, các chất khí (oxy, hydro, clo, vv).
2. Hòa tan anode. Trong các quá trình oxy hóa, nó tự tan rã và ảnh hưởng đến kết quả của tất cả các điện phân. Các nguyên liệu chính từ đó các điện cực được thực hiện là niken, đồng, cadmium, chì, thiếc, kẽm và các loại khác. Việc sử dụng các anodes như vậy là cần thiết cho các quá trình electrorefining kim loại, mạ điện, áp dụng lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn, vv.

Bản chất của tất cả các quá trình xảy ra trên điện cực dương được giảm xuống đến sự phóng thích của ion điện cực nhất trong giá trị tiềm năng. Ivot lý do tại sao nó được thực hiện anion của aoxic axit và ion hydroxit, và sau đó nước, khi nói đến giải pháp. Các anion chứa oxy trong dung dịch nước của chất điện giải nói chung không phóng thích ở cực dương, vì nước làm nhanh hơn, giải phóng oxy.

Cathode và các đặc tính của nó

Một cathode là một điện cực tích điện âm (do sự tích tụ của các điện tử trên nó bằng cách đi qua một dòng điện). Đó là lý do tại sao ion dương tích tụ lại được phục hồi - di chuyển theo hướng đó, nghĩa là chúng làm giảm trạng thái oxy hóa.

Ở đây, để ghi nhớ, kế hoạch sau đây cũng thích hợp: cathode "trừ" -cation-phục hồi. Vật liệu cho cathode có thể là:

• Thép không gỉ;
• Đồng;
• Carbon;
• Đồng thau;
• Sắt;
• Nhôm và những thứ khác.

Đó là trên điện cực này mà kim loại được giảm xuống các chất tinh khiết, đó là một trong những cách chính để có được chúng trong ngành công nghiệp. Cũng có thể chuyển các điện tử từ cực dương đến cực âm, và nếu đầu tiên tan, thì các ion của nó sẽ được phục hồi trên điện cực âm. Ở đây, cation hydro được giảm xuống đến khí H2. Vì vậy, cathode là một trong những phần quan trọng nhất trong kế hoạch tổng thể của quá trình điện phân của các chất.

Điện phân tan

Từ quan điểm của hóa học, quá trình được xem xét có phương trình riêng. Với sự giúp đỡ của nó, bạn có thể rút ra toàn bộ kế hoạch trên giấy và dự đoán kết quả. Quan trọng nhất, cần chú ý đến sự hiện diện hoặc không có môi trường nước và loại anode (hòa tan hay không).

Nếu cần sản xuất các sản phẩm sau: các kim loại kiềm và kim loại kiềm, kiềm, nhôm, berili, khí từ các anion có chứa oxy thì không thể nói đến điện phân của dung dịch điện phân. Chỉ có chất tan, bởi vì nếu không kết nối yêu cầu sẽ không hoạt động. Đó là lý do tại sao ngành công nghiệp thường tổng hợp các chất được liệt kê, sử dụng các muối khô khan và hydroxit khô khan của họ.

Nói chung, phương trình của điện phân tan chảy có vẻ khá đơn giản và tiêu chuẩn. Ví dụ, nếu bạn xem xét và viết nó cho kali iodide, mẫu sẽ như sau:

KI = K ⁺ + I ^-

Cực âm (K) "-": K ⁺ + 1e = K ⁰

Anode (A) "+": 2I ^- - 2e = I2 ⁰

Kết quả của quá trình này là: KI = K + I _2.

Tương tự như vậy, điện phân của bất kỳ kim loại sẽ được ghi lại, bất kể giá trị điện thế của nó tiềm năng.

Điện phân dung dịch nước

Nếu chúng ta đang nói về các giải pháp của điện phân, kết quả của quá trình sẽ khá khác nhau. Rốt cuộc, nước trở thành một người tham gia tích cực. Nó cũng có khả năng phân tách thành ion và xả ở các điện cực. Do đó, trong những trường hợp như vậy, điện cực tiềm năng của các ion là rất quan trọng. Giá trị âm của nó thấp hơn, thì xác suất oxy hóa và giảm tốc độ nhanh hơn.

Điện phân của dung dịch nước phải tuân theo một số quy tắc cần phải ghi nhớ.

1. Quá trình anode: Chỉ thải ra anionic axit anoxic (trừ hydrofluoric). Nếu ion có chứa oxy hoặc florua-ion, thì nước sẽ bị oxy hóa với sự giải phóng oxy.
2. Quá trình catốt: các kim loại trong phạm vi ứng suất điện hóa (lên đến nhôm bao gồm) trên cathode không được phục hồi do hoạt động hóa học cao. Điều này làm cho nước với sự giải phóng hydro. Các kim loại từ nhôm đến hydro được giảm đi cùng với nước tới các chất đơn giản. Những thiết bị này đứng sau hydro trong một loạt các ứng suất (hoạt động thấp), dễ dàng được phục hồi các chất đơn giản.

Nếu bạn làm theo các quy tắc này, bạn có thể mô tả bất kỳ điện phân và tính năng suất của sản phẩm. Trong trường hợp của anode hòa tan, mạch thay đổi và trở nên phức tạp hơn nhiều.

Điện phân muối

Các quy trình này được sử dụng để sản xuất kim loại tinh khiết và khí, vì nó là công nghệ đơn giản và tiết kiệm về mặt kinh tế. Ngoài ra, các sản phẩm đi ra với một mức độ cao của độ tinh khiết, đó là quan trọng.

Ví dụ, điện phân bằng đồng cho phép bạn nhanh chóng có được nó trong dạng tinh khiết từ một giải pháp của muối bất kỳ. Thông thường nhất là đồng sulfat hoặc đồng sulfat (II) - CuSO4 _{được sử dụng} .

Cả hai từ tan chảy và từ dung dịch muối này đều có thể chiết xuất kim loại nguyên chất, cần thiết trong hầu hết các ngành công nghiệp điện và xây dựng kim loại.

Tầm quan trọng và ứng dụng của quy trình

Điện phân là một quá trình rất quan trọng. Trên cơ sở các hoạt động kỹ thuật cần thiết này được dựa trên, như:

1. Tinh chế kim loại.
2. Chiết xuất điện.
3. Mạ điện.
4. Sinh tổng hợp.
5. Áp dụng lớp phủ chống ăn mòn và các chất khác.