Электролиз на активных электродах

На положительном электроде (аноде) происходит отдача электронов, т. е. реакция

окисления. Таким образом, сущность электролиза состоит в том, что на катоде

происходит процесс восстановления, а на аноде — процесс окисления. В результате электролиза на электродах (катоде и аноде) выделяются

соответствующие продукты восстановления и окисления, которые в зависимости

от условий могут вступать в реакции с

растворителем, материалом электрода и

т. п., — так называемые вторичные процессы. Металлические аноды могут быть: а) нерастворимыми или инертными (Pt, Au,Ir, графит или уголь и др.), при электролизе они служат лишь передатчиками электронов; б) растворимыми (активными); при электролизе они окисляются. В растворах и расплавах различных электролитов имеются разноименные по знаку ионы, т. е. катионы и анионы, которые находятся в хаотическом

движении. Но если в такой расплав электролита, например расплав хлорида натрия NaCl, опустить электроды и пропускать постоянный электрический ток, то катионы Na+ будут двигаться к катоду, а анионы Cl– — к аноду. На катоде электролизера происходит процесс восстановления катионов Na+ электронами

внешнего источника тока: Na+ + e– = Na0 На аноде идет процесс окисления анионов хлора, причем отрыв избыточных электронов от Cl– осуществляется за счет энергии внешнего источника тока: Cl– – e– = Cl0 Выделяющиеся электронейтральные атомы хлора соединяются между собой, образуя молекулярный хлор: Cl + Cl = Cl2, который и выделяется на аноде.Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия: 2NaCl —> 2Na+ + 2Cl– —электролиз—> 2Na0 + Cl20 Окислительно-восстановительное действие электрического тока может быть во много раз сильнее действия химических окислителей и восстановителей. Меняя напряжение на электродах, можно создать почти любой силы окислители и восстановители, которыми являются электроды электролитической ванны или электролизера. Известно, что ни один самый сильный химический окислитель не может отнять у фторид-иона F– его электрон. Но это осуществимо при электролизе, например, расплава соли NaF. В этом случае на катоде (восстановитель) выделяется из ионного состояния металлический натрий или кальций:

Na+ + e– = Na0 на аноде (окислитель) выделяя-ется ион фтора F–, переходя из отрицательного иона в свободное состояние: F– – e– = F0; F0 + F0 = F20Продукты, выделяющиеся на электродах, могут вступать между собой в химическое взаимодействие, поэтому анодное и катодное пространство разделяют диафрагмой.

Применение электролиза

Электрохимические процессы широко применяются в различных областях

современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической

промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокис-лением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.). Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов. В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки. Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия на различных металлических поверхностях. Кроме указанных выше, электролиз нашел применение и в других областях: получение оксидных защитных пленок на металлах (анодирование);электрохимическая обработка поверхности металлического изделия (полировка); электрохимическое окрашивание металлов (например, меди, латуни, цинка, хрома и др.);очистка воды – удаление из нее растворимых примесей. В результате получается так называемая мягкая вода (по своим свойствам приближающаяся к дистиллированной);электрохимическая заточка режущих инструментов (например, хирургических ножей, бритв и т.д.).