Was ist die Elektrolyse? Die Anode und Kathode. Physikalisch-chemische Verfahren

Für eine lange Zeit, die Menschen verwalten haben nicht viel reine Substanzen in der freien Form zu erhalten. Wie zum Beispiel:

• Metalle;
• Alkalien;
• Chlor;
• Wasserstoff;
• Wasserstoffperoxid;
• organisches Chlor und andere.

Sie erhielten entweder einen hohen Gehalt an Verunreinigungen, von denen es war unmöglich, sie wieder loszuwerden, oder gar nicht synthetisiert. Aber die Verbindung ist sehr wichtig für den Einsatz in Industrie und Alltag. Aber mit der Entdeckung eines Verfahrens wie Elektrolyse, hat eine Aufgabe von enormen Ausmaßen gelöst. Heute ist es nicht nur für die Synthese, sondern auch für viele andere Prozesse verwendet.

Was ist die Elektrolyse? Wie es passiert, häuften einige der Stufen auf, was der Hauptvorteil dieser Methode ist, versuchen, den Kurs des Artikels zu verstehen.

Was ist die Elektrolyse?

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zunächst versuchen, die Terminologie und einige grundlegende physikalische und chemische Konzepte zu verstehen.

1. DC – ein gerichteter Strom von Elektronen aus einem beliebigen Quelle von Elektrizität stammen.
2. Elektrolyt – Substanz, Lösung, von denen der Durchführung eines elektrischen Stroms fähig ist.
3. Elektroden – Platte bestimmter Materialien, miteinander verbunden ist , der Strom durch sich passieren (Anode und Kathode).
4. Die Redox-Reaktion – ein Verfahren, bei dem es eine Änderung in dem Grad der Oxidation der Teilnehmer. Das heißt, einige Ionen zu oxidieren und den Wert des Oxidationsgrad erhöhen, während andere verringert werden, ist es zu senken.

Nachdem all diese Begriffe geklärt, können Sie die Frage beantworten, was ist die Elektrolyse. Dieses Redoxverfahren, umfassend einen Gleichstrom durch die Elektrolytlösung, vorbei und wird durch die Freisetzung von verschiedenen Produkten an den Elektroden beendet.

Einfache Installation, der Elektrolyseur bezeichnet werden kann, umfasst nur wenige Komponenten:

• zwei Gläser mit einem Elektrolyten;
• eine Stromquelle;
• zwei Elektroden sind miteinander verbunden.

Die Industrie nutzt eine viel komplexere automatisierte Design, eine große Anzahl von Produkten zu erhalten ermöglicht – Elektrolyse Bäder.

Elektrolyseverfahren ist ziemlich komplex, unterliegt mehreren theoretischen Gesetze und geht nach der Ordnung und Regeln. Um richtig, das Ergebnis vorherzusagen, alle Gesetze und mögliche Passage zu gut gelernt.

Die theoretischen Grundlagen des Prozesses

Die wichtigsten grundlegenden Kanons, auf denen Elektrolyse beruht – die Gesetze von Michael Faraday – der berühmte Physiker, für seine Arbeit auf dem Gebiet der elektrischen Strom und alle zugehörigen Prozesse bekannt.

Alle diese Regeln zwei, von denen jeder das Wesen der Prozesse in der Elektrolyse beschreibt.

Das erste Gesetz

Das erste Gesetz der Faraday, die Formel , von denen eine als m = kI & Delta; t * geschrieben wird, ist wie folgt.

Massen Substanz an der Elektrode entladen ist direkt proportional zum Strom, der durch die Elektrolyten passiert hat.

Die Formel zeigt, daß die m – ist die Masse an Material, I – Stromstärke, & Delta; t – Zeit, während der es übergeben wird. Ebenfalls enthalten ist der Wert von K, der die elektrochemische Äquivalent der Verbindung aufgerufen wird. Dieser Wert hängt von der Art der Verbindung selbst. K ist auf die Masse des Stoffes numerisch gleich, die an der Elektrode durch den Elektrolyten freigesetzt wird, wenn eine Einheit der elektrischen Ladung übergeben.

Die zweite Regel der Elektrolyse

Das zweite Gesetz von Faraday, die Formel, von denen – m = M * I * & Delta; t / n * F, ist wie folgt. Eine elektrochemische Äquivalent der Verbindung (k) ist direkt proportional zu ihrem Molekulargewicht, und umgekehrt proportional zur Wertigkeit des Stoffes.

Die obige Formel ist das Ergebnis des Rückzugs aller United. Es fängt die Essenz des zweiten Hauptsatzes der Elektrolyse. M – Molmasse Verbindungen, I – Stromstärke für den gesamten Prozess übergeben, & Delta; t – Gesamtelektrolysezeit, F – Faraday-Konstante ist, n – Elektronen, die an dem Prozess beteiligt sind. Ihre Anzahl ist gleich die Ladung des Ions, nahm an dem Prozess.

Faradayschen Gesetze zu helfen zu verstehen, was die Elektrolyse ist, und das Ertragspotenzial von Gewicht zu berechnen, das gewünschte Ergebnis prognostizieren und den Verlauf des Prozesses zu beeinflussen. Sie bilden die theoretische Grundlage der Transformationen.

Das Konzept der Anode und seine Typen

Sehr wichtig sind in den Elektrolyseelektroden. Der gesamte Prozess ist abhängig von dem Material, aus dem sie gemacht werden, ihre spezifischen Natur und Eigenschaften. Daher betrachten wir im Detail jeden von ihnen.

Anode – plus oder positive Elektrode. Das heißt, eine, die auf den „+“ Pol der Stromquelle angeschlossen ist. Dementsprechend ist es aus der Elektrolytlösung werden negative Ionen oder Anionen bewegen. Sie werden oxidieren hier einen höheren Oxidationsgrad zu gewinnen.

Deshalb können wir ein kleines Diagramm zeichnen, die anodische Prozesse erinnern helfen: eine Anode „plus“ – Anionen – Oxidation. Somit gibt es zwei Grundtypen von der Elektrode, abhängig von dem ein bestimmtes Produkt verwandelt.

1. Die unlösliche oder inerte Anode. Eine solche Art umfasst eine Elektrode, die nur zur Übertragung von Elektronen und Oxidationsprozesse dient, es wird jedoch nicht verbraucht und nicht gelöst. Solche Anoden aus Graphit, Iridium, Platin, Kohlenstoff und so weiter gemacht. Unter Verwendung dieser Elektroden können die Metalle in reinen Gasen hergestellt werden (Sauerstoff, Wasserstoff, Chlor usw.).
2. Die lösliche Anode. Wenn oxidative Prozesse er aufgelöst und das Ergebnis der Elektrolyse beeinflussen. Die grundlegenden Konstruktionsmaterialien für diese Art von Elektrode: Nickel, Kupfer, Cadmium, Blei, Zinn, Zink und anderen. Unter Verwendung dieser Anoden müssen zum elektrolytischen Raffination von Metallen Prozesse, Galvanisieren, Schutzschicht gegen Korrosion, und so weiter.

Das Wesen der Prozesse an der positiven Elektrode auftreten, reduziert elektronegativsten Ionen Bedeutung Potential zu entladen. Ivot warum Anionen Wasserstoff Säuren und Hydroxid-Ion, und dann das Wasser, wenn es eine Lösung ist. Sauerstoffhaltige Anionen in einer wässrigen Elektrolytlösung, in der Regel nicht an der Anode entladen, da das Wasser schneller macht, Sauerstoff zu.

Die Kathode und seine Eigenschaften

Die Kathode – eine negativ geladene Elektrode (aufgrund der Anhäufung von Elektronen auf es, wenn ein elektrischer Strom). Deshalb er positiv geladene Ionen bewegen – Kationen, die Rehabilitation durchlaufen, das heißt, den Oxidationsgrad reduzieren.

Es gibt auch einschlägige Regelung Kathode „Minus“ erinnern – Kation – Verwertung. Als Material für die Kathode umfassen:

• Edelstahl;
• Kupfer;
• Kohlenstoff;
• Messing;
• Eisen;
• Aluminium und andere.

Es ist auf dieser Elektrode, die Metallrückgewinnung von Reinstoffen kommt, die zu ihrer Herstellung industriell eine der wichtigsten Methoden sind. Es ist auch möglich, die Übertragung von Elektronen von der Anode zur Kathode, und wenn die ersten – löslich, werden seine Ionen auf der negativen Elektrode reduziert. Hier gibt es eine Wiederherstellung der Kationen zu Wasserstoffgas H _2. Daher ist die Kathode – ist eines der wichtigsten Teile im Gesamtsystem der Elektrolyse von Substanzen.

Elektrolyse von Schmelzen

Unter dem Gesichtspunkt des chemischen Prozesses unter Berücksichtigung hat seine Gleichung. Damit kann die gesamte Schaltung auf Papier darzustellen und das Ergebnis vorherzusagen. Das Wichtigste, was Sie achten sollten – das Vorhandensein oder Fehlen der Gewässer und der Art der Anode (löslich oder nicht).

Bei Bedarf kann die folgenden Produkte erhalten werden: Alkali- und Erdalkali-Metalle, Alkalien, Aluminium, Beryllium, Anionen von sauerstoffhaltigen Gasen können dann nicht eine Frage über die Elektrolyse der Elektrolytlösung sein. Nur schmelzen, weil sonst erforderliche Anschlüsse nicht funktionieren. Deshalb häufig in der Industrie synthetisiert diese Substanzen, um sie trocken wasserfreie Salze und Hydroxiden verwendet.

Im allgemeinen Schmelzflusselektrolyse Gleichung ist ganz einfach und Standard. Zum Beispiel, wenn wir es für betrachten und aufzeichnen Kaliumiodid, wird die Ansicht , die die folgende sein:

KI = K ^{+ +} I ^–

Die Kathode (K) "-" K ⁺ K + 1 e = ⁰

Die Anode ^{(A) "+": 2I – –} 2e = I ₂ ⁰

Prozess Ergebnis: KI = K + I _2.

In ähnlicher Weise wird die Elektrolyse jedes Metall aufnehmen, unabhängig von seinem Elektrodenpotential.

Elektrolyse der wässrigen Lösung,

Wenn es darum geht, Lösungen für Elektrolyten, wird das Ergebnis des Prozesses ganz anders sein. Immerhin ein aktiver Teilnehmer immer Wasser. Es ist auch in der Lage zu dissoziieren in Ionen und von den Elektroden abgeführt. Daher ist in solchen Fällen wichtig , Elektrodenpotential – Ionen. Als sein negativer Wert geringer ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, eine raschere Oxidation oder Reduktion.

Die Elektrolyse der wässrigen Lösung unterliegt mehreren Regeln, die auswendig gelernt werden müssen.

1. Anodische Prozesse: nur Anionen von Wasserstoff Säuren abgegeben (mit Ausnahme von Fluorwasserstoff). Wenn ein Sauerstoffion oder Fluoridion, dann wird Wasser oxidiert werden, um Sauerstoff zu.
2. Die kathodischen Prozesse: Elektrogewinnungs Metalle in der elektrochemischen Reihe (bis zu und einschließlich Aluminium) auf der Kathode können aufgrund der hohen chemischen Aktivität wieder hergestellt werden. Dies macht das Wasser, um Wasserstoff freizusetzen. Metalle aus Aluminium zu Wasserstoff gleichzeitig mit Wasser zu einfachen Substanzen gestellt. Diejenigen, die nach dem Wasserstoff in der elektrochemischen Reihe sind (niedrige Aktivität), unterzogen werden leicht Reduktion auf einfache Substanzen.

Wenn Sie diese Regeln befolgen, können wir jede Elektrolyse darstellen und die Ausbeute berechnen. Im Fall eines löslichen Anodenkreises variiert und wird viel komplizierter.

Elektrolyse Salze

Diese Verfahren werden zur Gewinnung reiner Metalle und Gasen eingesetzt, da es technisch einfach und wirtschaftlich vorteilhaft. Darüber hinaus kommen die Produkte mit einem hohen Reinheitsgrad, was wichtig ist.

Zum Beispiel Elektrogewinnung von Kupfer kann es schnell in reiner Form aus einer Lösung eines Salzes erhalten. Das am häufigsten verwendete Kupfersulfat oder Kupfersulfat (II) – CuSO _4.

Als Schmelze oder Lösung des Salzes kann reines Metall extrahiert werden, die in praktisch allen Bereichen der Elektrotechnik und Metalltechnik so notwendig ist.

Bedeutung und Bewerbungsverfahren

Elektrolyse – ein sehr wichtiger Prozess. An seiner Basis basieren sind die erforderlichen technischen Operationen, wie zum Beispiel:

1. Metallveredelung.
2. Elektroextraktion.
3. Galvanotechnik.
4. Elektrosynthese.
5. Die Anwendung von Anti-Korrosions-Beschichtungen und andere.