ELEKTROLĪTISKĀ ŠŪNA: DETAĻAS, KĀ TĀ DARBOJAS UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Elektrolīzes šūnu, kura ir vidēja kur enerģija vai elektriskā strāva tiek izmantots, lai veiktu non-spontānu oksīds-reducēšanas reakcijas. Tas sastāv no diviem elektrodiem: anoda un katoda.

Pie anoda (+) notiek oksidēšanās, jo šajā vietā daži elementi vai savienojumi zaudē elektronus; atrodoties katodam (-), reducēšanās, jo tajā daži elementi vai savienojumi iegūst elektronus.

Avots: RodEz2, no Wikimedia Commons

Elektrolītiskajā šūnā dažu iepriekš jonizētu vielu sadalīšanās notiek ar procesu, ko sauc par elektrolīzi.

Elektriskās strāvas pielietošana rada jonu kustības orientāciju elektrolītiskajā šūnā. Pozitīvi lādētie joni (katjoni) migrē uz uzlādes katoda (-).

Tikmēr negatīvi lādētie joni (anjoni) migrē uzlādētā anoda (+) virzienā. Šī lādiņa pārnešana veido elektrisko strāvu (augšējais attēls). Šajā gadījumā elektrisko strāvu vada elektrolītu šķīdumi, kas atrodas elektrolītiskās šūnas traukā.

Faradeja elektrolīzes likums nosaka, ka vielas daudzums, kas tiek pakļauts oksidēšanai vai reducēšanai katrā elektrodā, ir tieši proporcionāls elektrības daudzumam, kas iziet caur kameru vai šūnu.

Daļas

Elektrolītisko elementu veido trauks, kurā tiek nogulsnēts materiāls, kas pakļaus elektriskā lādiņa izraisītajām reakcijām.

Tvertnē ir pāris elektrodi, kas ir savienoti ar līdzstrāvas akumulatoru. Parasti izmantotie elektrodi ir izgatavoti no inerta materiāla, tas ir, tie nepiedalās reakcijās.

Ampermetru var virknē savienot ar akumulatoru, lai izmērītu strāvas intensitāti, kas plūst caur elektrolīta šķīdumu. Arī voltmetrs tiek novietots paralēli, lai izmērītu sprieguma starpību starp elektrodu pāriem.

Kā darbojas elektrolītiskā kamera?

Izkausēta nātrija hlorīda elektrolīze

Priekšroka dodama izkausētam nātrija hlorīdam nekā cietajam nātrija hlorīdam, jo ​​pēdējais nevada elektrību. Joni vibrē jūsu kristālos, bet tie nevar brīvi pārvietoties.

Katoda reakcija

Elektrodi, kas izgatavoti no inerta materiāla no grafīta, ir savienoti ar akumulatora spailēm. Elektrods ir savienots ar akumulatora pozitīvo spaili, veidojot anodu (+).

Tikmēr otrs elektrods ir savienots ar akumulatora negatīvo spaili, veidojot katodu (-). Kad strāva plūst no akumulatora, tiek novērots sekojošais:

Katodā (-) ir samazināts Na ⁺ jonu daudzums , kurš, iegūstot elektronu, tiek pārveidots par metālisku Na:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Sudrabaini balts metālisks nātrijs peld virs kausētā nātrija hlorīda.

Anoda reakcija

Tieši pretēji, anodā (+) notiek Cl ^- jona oksidācija , jo tas zaudē elektronus un tiek pārveidots par hlora gāzi (Cl ₂ ) - process, kas izpaužas kā gāzes anoda parādīšanās gaiši zaļa krāsa. Reakciju, kas notiek pie anoda, var izklāstīt šādi:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Metāliska Na un Cl ₂ gāzu veidošanās no NaCl nav spontāns process, kam nepieciešama temperatūra, kas pārsniedz 800 ° C. Elektriskā strāva piegādā enerģiju norādītajai transformācijai, kas notiek pie elektrolītiskās šūnas elektrodiem.

Elektroni tiek patērēti pie katoda (-) reducēšanas procesā un tiek ražoti pie anoda (+) oksidācijas laikā. Tāpēc elektroni plūst caur elektrolītiskās šūnas ārējo ķēdi no anoda uz katodu.

Līdzstrāvas akumulators piegādā enerģiju elektroniem, kas spontāni plūst no anoda (+) uz katodu (-).

Lejušūna

Down elements ir aprakstīta elektrolītiskā elementa adaptācija, ko izmanto metāliska Na un hlora gāzes rūpnieciskai ražošanai.

Dauna elektrolītiskajā šūnā ir ierīces, kas ļauj atsevišķi savākt metālisko nātriju un hlora gāzi. Šī metāliskā nātrija iegūšanas metode joprojām ir ļoti praktiska.

Pēc atdalīšanas ar elektrolīzes palīdzību šķidro metālisko nātriju iztukšo, atdzesē un sagriež blokos. Vēlāk to uzglabā inertajā vidē, jo nātrijs sprādzienbīstami var reaģēt, nonākot saskarē ar ūdeni vai atmosfēras skābekli.

Hlora gāzi rūpniecībā ražo galvenokārt nātrija hlorīda elektrolīzē lētākā procesā nekā metāliskā nātrija ražošanā.

Lietojumprogrammas

Rūpnieciskās sintēzes

-Rūpniecībā elektrolītiskās šūnas tiek izmantotas dažādu krāsaino metālu elektrorefinēšanai un galvanizēšanai. Gandrīz visi augstas tīrības pakāpes alumīnijs, varš, cinks un svins tiek rūpnieciski ražoti elektrolītiskajos elementos.

-Ūdeņradi iegūst ūdens elektrolīzē. Šo ķīmisko procedūru izmanto arī smagā ūdens (D ₂ O) iegūšanai.

-Metālus, piemēram, Na, K un Mg, iegūst izkausētu elektrolītu elektrolīzē. Arī nemetālus, piemēram, fluorīdus un hlorīdus, iegūst elektrolīzes ceļā. Turklāt savienojumus, piemēram, NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ un KMnO ₄ tiek sintezēti ar to pašu procedūru.

Metālu pārklāšana un attīrīšana

- Zemākas kvalitātes metāla pārklāšanas process ar augstākas kvalitātes metālu ir pazīstams kā galvanizācija. Tā mērķis ir novērst apakšējā metāla koroziju un padarīt to pievilcīgāku. Šajā nolūkā galvanizācijā tiek izmantotas elektrolītiskās šūnas.

- Tīros metālus var attīrīt ar elektrolīzes palīdzību. Vara gadījumā uz katoda tiek novietotas ļoti plānas metāla loksnes un uz anoda - lieli tīra vara stieņi.

- Finierētu priekšmetu lietošana sabiedrībā ir izplatīta. Rotas un trauki parasti ir sudraboti; zelts tiek elektroizklāts rotaslietās un elektriskajos kontaktos. Daudzi priekšmeti dekoratīvos nolūkos ir pārklāti ar varu.

-Automašīnām ir hroma tērauda spārni un citas detaļas. Automobiļa bufera hromēšana prasa tikai 3 sekundes no hroma elektrolītiskā pārklājuma, lai iegūtu 0,0002 mm biezu spīdīgu virsmu.

-Metāla strauja elektroduizlāde rada melnas un raupjas virsmas. Lēna elektrolītiskā pārklāšanās rada gludas virsmas. "Alvas kannas" ir izgatavotas no tērauda, ​​kas elektrolīzes ceļā pārklāts ar alvu. Dažreiz šīs kannas tiek hromētas sekundes daļās, un hroma kārtas biezums ir ārkārtīgi plāns.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. eMedical Prep. (2018). Elektrolīzes pielietojumi. Atgūts no: emedicalprep.com
3. Wikipedia. (2018). Elektrolītiskā šūna. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Prof. Šaplejs P. (2012). Galvaniskās un elektrolītiskās šūnas. Atgūts no: butane.chem.uiuc.edu
5. Bodnera pētījumu tīmeklis. (sf). Elektrolītiskās šūnas. Atgūts no: chemed.chem.purdue.edu