Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 9 страница

Читайте также:
  1. Contents 1 страница
  2. Contents 10 страница
  3. Contents 11 страница
  4. Contents 12 страница
  5. Contents 13 страница
  6. Contents 14 страница
  7. Contents 15 страница

Электролитом обычно служат не индивидуальные расплавлен­ные соединения, а их смеси. Важнейшим преимуществом смесей является их относительная легкоплавкость, позволяющая прово­дить электролиз при более низкой температуре.

В настоящее время электролизом расплавов получают алюминий, магний, натрий, литий, бериллий и кальций. Для получения калия, бария, рубидия и цезия электролиз расплавов практически не применяется из-за высокой хими­ческой активности этих металлов и большой их растворимости в расплавлен­ных солях. В последние годы электролизом расплавленных сред получают не­которые тугоплавкие металлы.

Электролитическое выделение металла из раствора называется электроэкстракцией. Руда или обогащенная руда—кон­центрат (см. § 192)—подвергается обработке определенными ре­агентами, в результате которой металл переходит в раствор. После очистки от примесей раствор направляют на электролиз. Металл выделяется на катоде и в большинстве случаев характеризуется высокой чистотой. Этим методом получают главным образом цинк, медь и кадмий.

Электролитическому рафинированию металлы подвергают для удаления из них примесей и для перевода содер­жащихся в них компонентов в удобные для переработки продукты. Из металла, подлежащего очистке, отливают пластины и поме­щают их в качестве анодов в электролизер. При прохождении тока металл подвергается анодному растворению — переходит в виде катионов в раствор. Далее катионы металла разряжаются на ка­тоде, образуя компактный осадок чистого металла. Содержащиеся в аноде примеси либо остаются нерастворенными, выпаДая в виде анодного шлама, либо переходят в электролит, откуда пе­риодически или непрерывно удаляются.

Рассмотрим в качестве примера электрорафинирование меди. Рсновным компонентом раствора служит сульфат меди — наибо­лее распространенная и дешевая соль этого металла. Но раствор,^uS04 обладает низкой электрической проводимостью. Для ее уве­личения в электролит добавляют серную кислоту. Кродое того, в раствор вводят небольшие количества добавок, способствующих Получению компактного осадка металла.

Металлические примеси, содержащиеся в неочищенной («чер­новой») меди, можно разделить на две группы:

1) Fe, Zn, Ni, Со. Эти металлы имеют значительно более отри­цательные электродные потенциалы, чем медь. Поэтому они анод- но растворяются вместе с медью, но не осаждаются на катоде, а накапливаются в электролите. В связи с этим электролит периоди­чески подвергают очистке.

2) Au, Ag, Pb, Sn. Благородные металлы (Аи, Ag) не претерпе­вают анодного растворения, а в ходе процесса оседают у анода, образуя вместе с другими примесями анодный шлам, который пе­риодически извлекается. Олово же и свинец растворяются вместе с медью, но в электролите образуют малорастворимые соедине­ния, выпадающие в осадок и также удаляемые.

Электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, свинец, олово, серебро, золото.

К гальванотехнике относятся гальваностегия и гальванопласти­ка. Процессы гальваностегии представляют собой нанесение путем электролиза на поверхность металлических изделий слоев других металлов для предохранения этих изделий от коррозии, для придания их поверхности твердости, а также в декоративных целях. Из многочисленных применяемых в технике гальванотехни­ческих процессов важнейшими являются хромирование, цинкова­ние и никелирование.

Сущность гальванического нанесения покрытий состоит в сле­дующем. Хорошо очищенную и обезжиренную деталь, подлежащую защите, погружают в раствор, содержащий соль того металла, ко­торым ее необходимо покрыть, и присоединяют в качестве катода к цепи постоянного тока; при пропускании тока на детали осаж­дается слой защищающего металла. Наилучшая защита обеспечи­вается мелкокристаллическими плотными осадками. Такие осадки обладают, кроме того, лучшими механическими свойствами.

Гальванопластикой называются процессы получения точных металлических копий с рельефных предметов электроосаж­дением металла. Путем гальванопластики изготовляют матрицы для прессования различных изделий (граммофонных пластинок, пуговиц и др.), матрицы для тиснения кожи и бумаги, печатные радиотехнические схемы, типографские клише. Гальванопластику открыл русский академик Б. С. Якоби (1801—1874) в тридцатых годах XIX века.

К гальванотехнике относятся также другие виды электрохими­ческой обработки поверхности металлов: электрополирование стали, оксидирование алюминия, магния. Последнее представляет собой анодную обработку металла, в ходе которой определенным образом изменяется структура оксидной пленки на его поверхно­сти. Это приводит к повышению коррозионной стойкости металла. Кроме того, металл приобретает при этом красивый внешний вид.

В химической промышленности методом электролиза получают различные продукты; к числу их относятся фтор, хлор, едкий натр, водород высокой степени чистоты, многие окислители, в частности пероксид водорода.

104. Электрохимическая поляризация. Перенапряжение. Когда электрод находится при потенциале, равном равновесному, на нем устанавливается электрохимическое равновесие:

Ох + ze~ Red

При смещении потенциала электрода в положительную или з отрицательную сторону на нем начинают протекать процессы окис­ления или восстановления. Отклонение потенциала электрода от его равновесного значения называется электрохимической поляризацией или просто поляризацией.

Поляризацию можно осуществить включением электрода в цепь постоянного тока. Для этого необходимо составить электролити­ческую ячейку из электролита и двух электродов —■ изучаемого и вспомогательного. Включая ее в цепь постоянного тока, можно сделать изучаемый электрод катодом или (при обратном включе-. нии ячейки) анодом. Такой способ поляризации называется поля­ризацией от внешнего источника электрической энергии.

Рассмотрим простой пример поляризации. Пусть медный элек­трод находится в 0,1 ш растворе CuS04, не содержащем никаких примесей, в том числе растворенного кислорода. Пока цепь не замкнута, потенциал электрода при 25 °С будет иметь равновесное значение, равное

8 = 0,337 + 0,030 lg Ю-' а* 0,31В

а на границе металла с раствором установится электрохимическое равновесие:

Cu2+ + 2e- Си

Подключим электрод к отрицательному полюсу источника тока — сделаем его катодом. Избыток электронов, который по­явится теперь на электроде, сдвинет потенциал электрода в отри­цательную сторону и одновременно нарушит равновесие. Элек­троны будут притягивать катионы меди из раствора — пойдет про­цесс восстановления;

Сиг+ + 2е~ = Си

Если подключить электрод не к отрицательному, а к положи­тельному полюсу источника тока — сделать его анодом, то вслед­ствие удаления части электронов потенциал электрода сместитсй в положительную сторону и равневесие также нарушится. Но те­перь на электроде будет протекать процесс окисления, так кай в ходе этого процесса высвобождаются электроны!

Си = Си2+ + 2е~

Таким образом, поляризация электрода в отрицательную сто­рону связана с протеканием процесса восстановления, а поляри­зация в положительную сторону — с протеканием процесса окис­ления. Процесс восстановления иначе называют катодным процессом, а процесс окисления — анодным. В связи с этим поляризация в отрицательную сторону называется катодной поляризацией, а в положительную — анодной.

Другой способ поляризации электрода — это контакт его с электрохимиче­ской системой, электродный потенциал которой имеет более положительное или более отрицательное значение, чем потенциал рассматриваемого электрода.

Рассмотрим работу медно-цинкового гальванического элемента. При разо­мкнутой цепи как на медном, так и на цинковом электродах устанавливаются электрохимические равновесия. Но электродные потенциалы, отвечающие этим равновесиям, различны. В случае 0,1 т растворов они равны:

8 2 — 0,337 + 0,030 lg Ю-1 0,31В

Cu'Cu > I > ь

<rzn/zn2+ = —0,763 + 0,030 lg 10-' —0,79В

При замыкании цепи оба электрода оказывают друг на друга поляризую­щее действие: потенциал медного электрода под влиянием контакта с цинком сдвигается в отрицательную сторону, а потенциал цинкового электрода под влиянием контакта с медью — в положительную. Иначе говоря, медный элек­трод поляризуется катодно, а цинковый — анодно. Одновременно на обоих электродах нарушаются электрохимические равновесия и начинают протекать электрохимические процессы: катодный процесс на медном электроде и анод­ный — на цинковом:

Cu2+ + 2е~ = Си; Zn = Zn2+ + 2е~

Поляризация электрода — необходимое условие протекания электродного процесса. Кроме того, от ее величины зависит ско­рость электродного процесса: чем сильнее поляризован электрод, тем с большей скоростью протекает на нем соответствующая полу­реакция.

Кроме величины поляризации на скорость электродных процес­сов влияют некоторые другие факторы. Рассмотрим катодное вос­становление ионов водорода. Если катод изготовлен из платины, то для выделения водорода с заданной скоростью необходима определенная величина катодной поляризации. При замене пла­тинового электрода на серебряный (при неизменных прочих усло­виях) для получения водорода с прежней скоростью понадобится большая поляризация. При замене катода на свинцовый поляри­зация потребуется еще большая. Следовательно, различные ме­таллы обладают различной каталитической активностью по отно­шению к процессу восстановления ионов водорода. Величина по­ляризации, необходимая для протекания данного электродного процесса с определенной скоростью, называется перенапряже­нием данного электродного процесса. Таким образом, перенапря­жение выделения водорода на различных металлах различно.


В табл. 20 приведены для 1 н. растворов величины катодной поляризации, которую необходимо осуществить на электроде для выделения на нем водорода со скоростью 0,1 мл в минуту с 1 см2 рабочей поверхности электрода.

Таблица 20. Перенапряжение выделения водорода на различных металлах
Металл электрода Электролит Перенапряже­ние выделе­ния водоро­да, В Металл электрода Электролит Перенапряже­ние выделе­ния водоро­да, В
Железо НС1 0,5 Цинк H2S04 1,0
Медь H2so4 0,6 Ртуть H2S04 1,2
Серебро НС1 0,7 Свинец H2S04 1,3

 

Выяснение связи между величиной поляризации и скоростью электродного процесса является важнейшим методом изучения электрохимических процессов. При этом результаты измерений обычно представляют в виде поляриза­ционных кривых — кривых зависимости плотности тока на электроде от величины поляризации. Вид поляризационной кривой того или иного электрод­ного процесса отражает особенности его протекания. Методом поляризацион­ных кривых изучают кинетику и механизм окислительно-восстановительных реакций, работу гальванических элементов, явления коррозии и пассивности металлов, различные случаи электролиза.

Большой вклад в развитие кинетики электродных процессов и теории пе­ренапряжения внес советский ученый А. Н Фрумкин *,


Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 97 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: V И ЖИДКОСТИ | V! ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ | Термодинамические величины. Энтропия и энергия Гиббса. | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 1 страница | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 2 страница | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 3 страница | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 4 страница | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 5 страница | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 6 страница | Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 7 страница |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Глава ВОДА, VII РАСТВОРЫ 8 страница| X КОЛЛОИДЫ

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.008 сек.)