什麼是電解是學校物理課程中考慮的問題，對大多數人來說，這並不是什麼秘密。另一件事是它的重要性和實際應用。該工藝在各行各業中大有裨益，對家庭工匠很有用。
內容
什麼是電解？
當直流電流流過電解時，電解是電極和電解質系統中特定過程的複合體。其機理是基於離子電流的發生。電解質是2型導體（離子電導率) 其中發生電解離解。它與分解成帶正離子（陽離子) 和負 (陰離子） 收費。
電解系統必然包含一個正極（陽極) 和負 (陰極) 電極。當施加直流電時，陽離子開始向陰極移動，而陰離子向陽極移動。陽離子主要是金屬離子和氫，陰離子主要是氧、氯。在陰極，陽離子將多餘的電子附著在自己身上，這保證了還原反應 Men+ + ne → Me (其中 n 是金屬的化合價)。相反，在陽極，一個電子由陰離子提供，發生氧化反應。
因此，在系統中提供了氧化還原過程。重要的是要考慮到它的流動需要適當的能量。它必須由外部電流源提供。
法拉第電解定律
偉大的物理學家 M. Faraday 通過他的研究，不僅可以了解電解的性質，還可以對其實施進行必要的計算。 1832 年，他的法律出現，將正在進行的過程的主要參數聯繫起來。
第一定律
法拉第第一定律指出，在陽極被還原的物質的質量與電解液中感應的電荷成正比：m = kq = k*I*t，其中 q 是電荷，k 是係數或電化學當量物質的，I是流過電解液的電流強度，t是電流通過時間。
第二定律
法拉第第二定律使得確定比例係數 k 成為可能。聽起來是這樣的：任何物質的電化學當量與其摩爾質量成正比，與化合價成反比。法律表述為：
k = 1/F*A/z，其中 F 是法拉第常數，A 是物質的摩爾質量，z 是其化學價。
考慮到這兩個定律，可以推導出計算沉積在物質電極上的質量的最終公式： m = A*I*t/(n*F)，其中 n 是參與電解的電子數。通常n對應於離子的電荷。從實踐的角度來看，物質的質量和施加的電流之間的聯繫很重要，這使得通過改變其強度來控製過程成為可能。
熔體電解
電解的一種選擇是使用熔體作為電解質。在這種情況下，只有熔融離子參與電解過程。一個典型的例子是熔鹽 NaCl 的電解（鹽)。負離子沖向陽極，這意味著氣體被釋放（氯)。金屬還原將發生在陰極，即由吸引過量電子的正離子形成的純鈉沉積。其他金屬也可以類似地獲得（鉀、鈣、鋰等) 來自相應鹽類的屠殺。
在熔體電解期間，電極不會發生溶解，而僅作為電流源參與。在它們的製造中，可以使用金屬、石墨和一些半導體。重要的是材料具有足夠的導電性。最常見的材料之一是銅。
溶液中電解的特點
水溶液中的電解與熔體有很大不同。這裡發生了三個相互競爭的過程：水氧化析氧、陰離子氧化和金屬的陽極溶解。水、電解質和陽極的離子都參與了這個過程。因此，氫、電解質陽離子和陽極金屬的還原可以在陰極發生。
這些競爭過程發生的可能性取決於系統電勢的大小。只有需要較少外部能量的過程才會繼續進行。因此，具有最大電極電位的陽離子將在陰極被還原，而具有最低電位的陰離子將在陽極被氧化。氫的電極電位取為“0”。例如，對於鉀，它是 (-2.93V), 鈉 - (-2.71V）， 帶領 （-0.13V)，而白銀有 (+0.8 伏).
氣體中的電解
只有在離子發生器存在的情況下，氣體才能起到電解質的作用。在這種情況下，通過電離介質的電流會在電極上產生必要的過程。然而，法拉第定律不適用於氣體電解。其實施需要滿足以下條件：
- 如果不對氣體進行人工電離，高壓和大電流都無濟於事。
- 只有不含氧且呈氣態的酸，有些氣體適合電解。
重要的！ 當滿足必要條件時，該過程類似於在液體電解質中進行電解。
發生在陰極和陽極的過程的特點
對於電解的實際應用，重要的是要了解當施加電流時兩個電極會發生什麼。典型的流程是：
- 陰極。帶正電的離子沖向它。在這裡，發生了金屬的還原或氫的析出。根據陽離子活性有幾類金屬。Li、K、Ba、St、Ca、Na、Mg、Be、Al 等金屬只能從熔鹽中很好地還原。如果使用溶液，則由於水的電解而釋放出氫氣。對於以下金屬 - Mn、Cr、Zn、Fe、Cd、Ni、Ti、Co、Mo、Sn、Pb，可以在溶液中實現還原，但需要足夠濃度的陽離子。對於 Ag、Cu、Bi、Pt、Au、Hg，該過程最容易進行。
- 陽極。帶負電的離子進入該電極。氧化後，它們從金屬中獲取電子，導致它們的陽極溶解，即轉變為帶正電的離子，這些離子被送到陰極。陰離子也根據它們的活性進行分類。這類陰離子PO4、CO3、SO4、NO3、NO2、ClO4、F只能從熔體中排出，在水溶液中不是電解，而是水放出氧氣。 OH、Cl、I、S、Br 等陰離子最容易反應。
在確保電解時，重要的是要考慮電極材料的氧化傾向。在這方面，惰性和活性陽極脫穎而出。惰性電極由石墨、碳或鉑製成，不參與離子的供應。
影響電解過程的因素
電解過程取決於以下因素：
- 電解液成分.各種雜質有顯著影響。它們分為 3 種類型 - 陽離子、陰離子和有機物。物質可能或多或少比賤金屬負，這會干擾該過程。在有機雜質中，污染物（如油類）和表面活性劑最為突出。它們的濃度具有最大允許值。
- 當前密度.根據法拉第定律，沉積物質的質量隨著電流強度的增加而增加。但是，會出現不利的情況 - 集中極化，增加電壓，電解液強烈加熱。考慮到這一點，每種具體情況都有最佳的電流密度值。
- 電解質 pH.還考慮到金屬來選擇環境的酸度。例如，鋅的電解質酸度最佳值為 140 g/cu.dm。
- 電解液溫度.它具有模棱兩可的效果。隨著溫度的升高，電解速率增加，但雜質的活性也增加。每個過程都有一個最佳溫度。通常它在38-45度的範圍內。
重要的！ 電解可以通過各種影響和電解質成分的選擇來加速或減慢。每個應用程序都有自己的方案，必須嚴格遵守。
電解在哪裡使用？
電解用於許多領域。有幾個主要的使用領域來獲得實際結果。
電鍍
可以通過電解施加薄而耐用的金屬鍍層。待塗覆的產品以陰極的形式安裝在電解液中，電解質包含所需金屬的鹽。所以你可以用鋅、鉻或錫覆蓋鋼。
電解精煉-銅精煉
電氣清潔的一個例子可以是以下選項： 陰極 - 純銅 陽極 - 含雜質的銅， 電解質 - 硫酸銅水溶液。來自陽極的銅進入離子並在沒有雜質的情況下沉澱在陰極中。
金屬採礦
為了從鹽中獲得金屬，它們被轉移到熔體中，然後在其中進行電解。這種方法對於從鋁土礦、鈉和鉀中獲得鋁非常有效。
陽極氧化
在這個過程中，塗層由非金屬化合物製成。一個典型的例子是鋁陽極氧化。鋁部件作為陽極安裝。電解液是硫酸溶液。由於電解，在陽極上沉積了一層氧化鋁，具有保護和裝飾性。這些技術廣泛應用於各個行業。您可以按照安全規定親手執行這些過程。
能源成本
電解需要高昂的能源成本。如果陽極電流足夠，該過程將具有實用價值，為此必須從電源施加大量直流電。此外，在進行時，會發生側電壓損失 - 陽極和陰極過電壓，由於其電阻而導致電解質中的損失。裝置的效率是通過將能量消耗的功率與所獲得物質的有用質量單位相關聯來確定的。
電解在工業上的應用由來已久，效率很高。陽極氧化和電鍍塗層已在日常生活中變得司空見慣，材料的開采和選礦有助於從礦石中提取許多金屬。可以計劃和計算該過程，了解其主要模式。
類似文章：
