Электролиз

 

Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании по­стоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. В электролизере электрическая энергия преобразуется в энергию химической реакции.

Катод (–) – отрицательный электрод, на котором при электролизе происходит восстановление.

Анод (+) – положительный электрод, на котором при электролизе происходит окисление.

В отличие от электролиза, в гальваническом элементе восстановление происходит на положительно заряженном катоде, а окисление – на отрицательно заряженном аноде.

При электролизе могут быть использованы инертные (нерастворимые) и активные (расходуемые) аноды. Активный анод окисляясь, посылает в раствор собственные ионы. Инертный анод лишь передатчик электронов и химически не изменяется. В качестве инертных электродов обычно используют графит, платину, иридий.

При электролизе расплавов и растворов электролитов, образовавшиеся при их диссоциации (под воздействием температуры или воды) ионы – катионы (Ktⁿ⁺) и анионы (An^m–) движутся, соответственно, к катоду (–) и аноду (+). Затем на электродах происходит передача электронов от катода к катиону, а анионы отдают электроны аноду.

Количественно электролиз описывается двумя законами Фарадея.

I закон Фарадея: масса выделяющегося при электролизе вещества пропорциональна количеству электричества, прошедшего через электролизер:

m = k∙I∙τ = k∙Q,

где I – сила тока; τ – время протекания тока; Q = I∙τ – количество электричества; k­ – коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от выбранной системы единиц (если Q = 1 Кл, то m = k).

Масса вещества, выделившаяся при прохождении 1 Кл электричества, называется электрохимическим эквивалентом.

II закон Фарадея: при одинаковых количествах электричества, пропущенного через электролит, количество грамм-эквивалентов продуктов электролиза одинаково.

Для выделения на электроде одного эквивалента любого вещества необходимо затратить одно и того же количество электричества, равное постоянной Фарадея F = 96485 Кл/моль. Действительно, один эквивалент вещества содержит N_A = 6,02322∙10²³ частиц и чтобы восстановить такое число однозарядных ионов на катоде, необходимо затратить количество электричества:

F = N_A ∙ ē = 6,02322∙10²³ частиц/моль ∙ 1,6021∙10^–19 Кл = 96485 Кл/моль,

где заряд электрона ē = 1,6021∙10^–19 Кл.

 

Обобщая оба закона Фарадея, можно записать:

m = m_Э∙I∙τ / F,

где m – масса образовавшегося или подвергшегося превращению вещества; m_Э – его эквивалентная масса (m_Э = М / число отданных или принятых электронов); I – сила тока; τ – время протекания тока; F – постоянной Фарадея.