Електролити

ЕЛЕКТРОЛИТНА ДИСОЦИАЦИЯ

Електролити – кристални вещества с йонна или полярна връзка. Водните разтвори на тези вещества, както и стопилките на йонните съединения могат да провеждат електричен ток. Електролити са още водните разтвори на неорганичните киселини, основи и соли.

Електролитна дисоциация

а) ориентация на водните молекули около полюсите на молекулите на електролитаб) хидратация на молекулите на електролитав) ионизацияг) разпадане на молекулата на хидратирани йони

81вода

Рекомбинация

Степен на електролитна дисоциация n

nд лразтворите во,-в ,t,n

Динамично равновесие

отрицателни йони – аниони; положителни йони - катиони

ClCuCuCl

ClNaNaCl

22

ТОК В ЕЛЕКТРОЛИТИ

vv nqnqjjj

nnnn д

vvnqj

qEF v6 rFr

Er

qE

6 vconst;v

E

v - подвижност на йон, [m2 V-1s-1]

EEnqj nq Закон на Ом

С увеличаването на температурата вискозитетът на разтвора намалява, степента на дисоциация и подвижността на йоните нарастват и проводимостта нараства.

ClCuCuCl 22

ЕЛЕКТРОЛИЗА

Електролиза – процес на отлагане на вещество върху електродите при протичане на ток в електролит.

44 SOCuCuSO

Ако анодът е от мед (Cu), а катодът от въглен (С), медните йони се отлагат върху катода във вид на неутрални атоми, а сулфатните йони взаимодействат с анода:

eCuSOSOCu 244

Анодът се разтваря, а концентрацията на медния сулфат в разтвора остава постоянна.

Тъй като положителните йони (водородните и металните йони) се насочват към катода, а отрицателните йони (хидроксилните и киселинните йони) се движат към анода, процесите при протичането на ток в електролита зависят от възможните химични реакции между йоните и електродите.

kItkQM

Масата М на отделеното върху електрода вещество e правопропорционална на заряда Q, преминал през електролита.

k - електрохимичен еквивалентQ

Mk [kg/C]

Qq

mmNM

q

mk

Електрохимичният еквивалент е равен на реципрочната стойност на специфичния заряд q/m на йона.

I.

ЕЛЕКТРОЛИЗА. ЗАКОНИ НА ФАРАДЕЙ

m, q – маса и заряд на един йон, N – брой на отделените йони

Вещество k [mg/C]

Ag (сребро) 1,118

H (водород) 0,01045

Cu (мед) 0,3294

Zn (цинк) 0,3388

ЕЛЕКТРОЛИЗА. ЗАКОНИ НА ФАРАДЕЙ

z – валентност; zeq z

A

FzeN

mN

q

mk

A

A 1

AmNA - моларна маса

- число на Фарадей

Itz

A

FM

1

- химичен еквивалентz

AЕлектрохимичният еквивалент е правопропорционален на химичния еквивалент.

II.

I+II.

= електричния заряд, който трябва да се пропусне през електролита, за да се отдели върху един от електродите един мол едновалентно вещество

C/mol 96485 AeNF

- безразмерна величина, численно равна на масата на елемента, изразена в грамове, която замества в химичните съединения 1,0078 g водород.

C 106110026

96485 1923

.,.,N

Fe

A

Електролитен метод за получаване на чисти метали (рафиниране). При електролизата анодът се разтваря. Например, получаване на чиста мед. Получената от рудата мед се излива във вид на пластини и се поставя вместо анод в разтвор на меден сулфат CuSO4. Подбирайки напрежението между електродите във ваната (0,20-0,25 V), може да се постигне отделяне върху катода на метална мед. При това примесите или преминават в разтвора без да се отделят върху катода или падат на дъното на ваната като шлам. Катионите на веществото на анода се съединяват с SO4

2- , а върху катода при това напрежение се отделя чиста мед. Анодът „се разтваря”. Така се получава 99,99% чиста мед. По аналогичен начин се очистват и скъпоценните метали (злато и сребро). Алуминият се добива единствено чрез електролиза на стопилка на боксит.

ГалванотехникаТова е област от приложната електрохимия, която се занимава с процеси на нанасяне на метални покрития върху повърхността на метални и неметални изделия чрез пропускане на електрически ток през разтвор от техни соли.

• Галваностегията е процес при който чрез електролиза метален предмет се покрива със слой от друг метал. Особено важно е покриването с метали, които трудно се окисляват – никелиране, хромиране, посребряване и позлатяване – за защита на предмети от корозия. За по-равномерно покритие се правят два анода и предметът се поставя между тях.

• Галванопластиката е процес, при който се изготвя релефно метално копие на предмет. Отначало се прави восъчно копие, то се натрива с графит и се потапя в електролитна вана в качеството на катод. Върху него се отлага метала. Намира приложение в полиграфията при изготвянето на печатарските форми.

Електролизата се прилага още за:

• създаване на окисно-защитни покрития върху метали (анодиране);• електрохимическа обработка на повърхността на метални изделия (полиране); • електрохимическо оцветяване на метали (например, мед, цинк, хром и др.); • очистване на водата от разтворени в нея примеси. В резултат се получава „мека” вода (близка по свойства до дестилираната);• електрохимическо заточване на режещи инструменти (хирургически ножове, ножчета за бръснене и др.).

ПРИЛОЖЕНИЕ НА ЕЛЕКТРОЛИЗАТА

ГАЛВАНИЧНИ ВЕРИГИ

Ако потопим два еднакви метални електрода в електролит, при протичането на ток те ще се поляризират и ще образуват галваничен елемент, който известно време може да служи като източник на ток. Това е акумулатор. Той трябва да отговаря на две условия:

1. Поляризацията на електродите да е устойчива;2. Процесите в акумулатора да са обратими.

Първият технически акумулатор е бил съставен от две оловни пластини, потопени във воден разтвор на сярна киселина Н2SO4. Оловните пластини, взаимодействат със сярната киселина и се покриват със слой оловен сулфат PbSO4. При пропускане на ток от външен източник, отрицателните йони се преместват към анода и превръщат сулфата в оловен прекис: Положителните водородни йони се преместват към катода и възстановяват сулфата в метално олово: По такъв начин възниква рязка асиметрия на електродите: единият от тях е оловен, а другият – от оловен прекис. Акумулаторът е „зареден” и представлява галваничен елемент, който може да служи като източник на ток. Давайки ток във външната верига, акумулаторът се разрежда, процесите протичат в обратен ред. В края на разреждането двете пластини са покрити с еднакъв слой оловен сулфат и ЕДН пада до нула.

2eSO2HPbOO2HSOPbSO 4222244

_SOHPb2e2HPbSO 424

Процеси:

- проникване на положителни метални йони в електролита;

- отлагане на йони от електролита върху метална повърхност (електрод).

Zn

4ZnSO

Zn електрод във воден разтвор на ZnSO4

Възникване на електрохимичен потенцал

Елемент на Даниел

Zn

4ZnSO

CuCu

4CuSO

V 500, V 610,V 111,E

Елемент на Лекланше

Zn катод, въглен (С) – анод, в разтвор на нишадър (NH4Cl). V 51,E

ПОЛЯРИЗАЦИЯ НА ЕЛЕКТРОДИТЕ

Ако двата електрода са еднакви, при пропускане на ток, те ще се променят и след изключване на тока, между тях ще възникне електродвижещо напрежение.

Пример: Платинови електроди в разтвор на меден сулфат.

Пропуска се ток, върху катода се отделя мед, а сулфатния остатък взаимодейства с водата близо до анода и образува сярна киселина, като при реакцията се отделя кислород. При изключването на тока, се образува галваничен елемент – поляризационен. Той може да служи като източник на ток докато се възстанови първоначалната симетрия.

Възникналото поляризационно напрежение има обратна посока на породилото го.

Подобно явление се наблюдава и при останалите галванични елементи и то е причина за намаляване на ефективността им. За предотвратяване на поляризацията на електродите, се подбират подходяща комбинация от метали и електролити (пример: нормален елемент на Вестон).