ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА: ДЕТАЛИ, ПРИНЦИП РАБОТЫ И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Электролитическая ячейка представляет собой среду , где энергия или электрический ток используется для выполнения без спонтанной реакции оксида-восстановления. Он состоит из двух электродов: анода и катода.

На аноде (+) происходит окисление, так как на этом участке некоторые элементы или соединения теряют электроны; а в катоде (-) - восстановление, поскольку в нем некоторые элементы или соединения приобретают электроны.

Источник: RodEz2, Wikimedia Commons

В электролитической ячейке разложение некоторых веществ, ранее ионизированных, происходит посредством процесса, известного как электролиз.

Приложение электрического тока задает ориентацию в движении ионов в электролитической ячейке. Положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются к заряжающемуся катоду (-).

Между тем отрицательно заряженные ионы (анионы) перемещаются к заряженному аноду (+). Этот перенос заряда представляет собой электрический ток (верхнее изображение). В этом случае электрический ток проводится растворами электролитов, находящихся в емкости электролитической ячейки.

Закон электролиза Фарадея гласит, что количество вещества, которое подвергается окислению или восстановлению на каждом электроде, прямо пропорционально количеству электричества, которое проходит через элемент или элемент.

части

Электролитическая ячейка состоит из контейнера, в котором осаждается материал, который будет подвергаться реакциям, вызванным электрическим зарядом.

В контейнере есть пара электродов, которые подключены к батарее постоянного тока. Обычно используются электроды из инертного материала, то есть они не принимают участия в реакциях.

Амперметр может быть подключен последовательно к батарее для измерения силы тока, протекающего через раствор электролита. Также параллельно ставится вольтметр для измерения разности напряжений между парой электродов.

Как работает электролитическая ячейка?

Электролиз расплавленного хлорида натрия

Расплавленный хлорид натрия предпочтительнее твердого хлорида натрия, поскольку последний не проводит электричество. Ионы колеблются внутри ваших кристаллов, но они не могут двигаться.

Катодная реакция

Электроды из графита, инертного материала, подключаются к клеммам аккумулятора. К положительному полюсу батареи подсоединяется электрод, составляющий анод (+).

Между тем, другой электрод подключается к отрицательному выводу батареи, составляя катод (-). При протекании тока от аккумулятора наблюдается следующее:

В катоде (-) происходит восстановление иона Na ⁺ , который при приобретении электрона превращается в металлический Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (1)

Серебристо-белый металлический натрий плавает поверх расплавленного хлорида натрия.

Анодная реакция

Напротив, в аноде (+) происходит окисление иона Cl ^- , так как он теряет электроны и превращается в газообразный хлор (Cl ₂ ), процесс, который проявляется в появлении на аноде газа бледно-зеленый цвет. Реакцию, которая происходит на аноде, можно описать следующим образом:

2Cl ^- => Cl ₂ (г) + 2 е ^-

Образование газообразных металлических Na и Cl ₂ из NaCl не является спонтанным процессом, для которого требуются температуры выше 800 ° C. Электрический ток подает энергию для указанного преобразования, которое происходит на электродах электролитической ячейки.

Электроны расходуются на катоде (-) в процессе восстановления и образуются на аноде (+) во время окисления. Таким образом, электроны проходят через внешнюю цепь электролитической ячейки от анода к катоду.

Батарея постоянного тока подает энергию для несамопроизвольного движения электронов от анода (+) к катоду (-).

Нижняя ячейка

Ячейка Down представляет собой модификацию электролитической ячейки, описанной и используемой для промышленного производства металлического Na и газообразного хлора.

В электролитической ячейке Дауна есть устройства, которые позволяют собирать отдельно металлический натрий и газообразный хлор. Этот метод производства металлического натрия по-прежнему очень практичен.

После выделения в результате электролиза жидкий металлический натрий сливается, охлаждается и разрезается на блоки. Позже его хранят в инертной среде, поскольку натрий может взрывоопасно реагировать при контакте с водой или кислородом воздуха.

Газообразный хлор получают в промышленности в основном путем электролиза хлорида натрия, что является менее дорогостоящим процессом, чем производство металлического натрия.

Приложения

Промышленные синтезы

-В промышленности электролитические ячейки используются при электролитическом рафинировании и гальванике различных цветных металлов. Практически весь алюминий, медь, цинк и свинец высокой чистоты производятся промышленным способом в электролитических ячейках.

-Водород производится электролизом воды. Эта химическая процедура также используется для получения тяжелой воды (D ₂ O).

-Металлы, такие как Na, K и Mg, получают электролизом расплавленных электролитов. Также неметаллы, такие как фториды и хлориды, получают электролизом. Кроме того, такие соединения, как NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ и KMnO ₄ , синтезируются по той же методике.

Покрытие и рафинирование металлов

-Процесс покрытия низкокачественного металла металлом более высокого качества известен как гальваника. Цель этого - предотвратить коррозию нижнего металла и сделать его более привлекательным. Для этого в гальванике используются электролитические ячейки.

-Черные металлы можно очистить электролизом. В случае меди очень тонкие листы металла размещаются на катоде, а большие стержни нечистой меди, подлежащей очистке, на аноде.

- В обществе широко распространено использование шпонированных изделий. Украшения и посуда обычно серебряные; золото электроосаждено на украшениях и электрических контактах. Многие предметы в декоративных целях покрыты медью.

-Автомобили имеют хромированные стальные крылья и другие детали. Для хромирования автомобильного бампера требуется всего 3 секунды электроосаждения хрома, чтобы получить блестящую поверхность толщиной 0,0002 мм.

-Быстрое электроосаждение металла дает черные и шероховатые поверхности. Медленное электроосаждение дает гладкие поверхности. «Жестяные банки» изготовлены из стали, покрытой оловом путем электролиза. Иногда эти банки хромируют за доли секунды, причем толщина слоя хрома очень тонкая.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. eMedical Prep. (2018). Применение электролиза. Получено с: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Электролитическая ячейка. Получено с: en.wikipedia.org
4. Проф. Шепли П. (2012). Гальванические и электролитические элементы. Получено с: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodner Research Web. (SF). Электролитические ячейки. Получено с: chemed.chem.purdue.edu