Электрохимия и ее использование

 

Электрохимия - это раздел физической химии, где разрабатывются научные основы электролиза, гальванотехники, создания химических источников тока и других процессов, связанных с протеканием электрического тока в средах, содержащих подвижные ионы.

Под электролизом понимают совокупность электрохимических окислительно-восстановительных процессов, происходящих на погруженных в электролит (проводящую жидкость) электродах под воздействием электрического тока.

Осуществляют электролиз в устройствах, называемых электролизерами (Рис. 7.7). В качестве электролитов могут выступать водные растворы солей, кислот, щелочей и другие проводящие среды.

 

Рис. 7.7 – Электролизеры: а) простейший электролизер; б) диафрагменный электролизер  

При прохождении тока через электролит (Рис. 7.7.6, а) отрицательно заряженные ионы (анионы) движутся к положительно заряженному аноду. Положительные ионы (катионы) движутся к отрицательному электроду – катоду. Анионами являются молекулы кислорода, хлора, сульфат анионы и другие (Табл. 7.3). В качестве катионов выступают ионы металлов и водорода.

 

Таблица 7.3 - Электролиз некоторых веществ.
Электролит Анион Катион
Соляная кислота (HCl) Серная кислота (H2SO4) Поваренная соль (NaCl) Едкий натр (NaOH) Сульфат меди (CuSO4) Cl2 O2 (из SO4) Cl2 O2 (из OH) O2 (из SO4) H2 H2 Na H2 Cu

 

В процессе электролиза на электродах выделяется металл и водород (на катоде), на аноде – молекулярный остаток.

 

Массу т выделившегося вещества можно определить согласно первому закону Фарадея:

m = k Q ; мг, (7.5)

 

где k – электрохимический эквивалент, мг/Кл (Табл. 7.4);

Q – переносимый заряд, Кл.

Заряд Q, необходимый для выделения 1 моля вещества, для всех электролитов одинаков. Он равен произведению постоянной Авогадро NA = 6,022045∙1023 моль-1 и элементарного электрического заряда е = 1,6021892∙10-19 Кл и называется числом Фарадея:

 

F = NA e = 9,648456∙104 Кл/моль. (7.6)

 

С помощью электролиза можно получать растворы с различными свойствами. Если электролизер оборудовать ионопроницаемой диафрагмой (Рис. 7.6, б), то с помощью электролиза можно получать растворы с различными свойствами. Вещества, выделяющиеся в анодной области, не будут проходить через диафрагму в катодную область и наоборот. Растворы этих веществ образуют анолит и католит. Например, если в качестве электролита использовать водный раствор поваренной соли, то получим католит в виде щелочного раствора (рН = 8…12), обладающий хорошими моющими свойствами, и «кислотный» анолит (рН = 2…4), который может использоваться для дезинфекции, растворения солевых отложений на стенках оборудования и для других целей.

 

Таблица 7.4 - Электрохимические эквиваленты некоторых веществ
Вещество Валентность k, мг/Кл
Алюминий Водород Железо Кислород Натрий ОН-группа Хлор 0,0932 0,01045 0,1929 0,0829 0,2383 0,1763 0,3674

Посредством электролиза достаточно просто осуществить электрофлотацию, позволяющую разделять жидкие неоднородные системы (мутные фруктовые соки, сточные воды и др.). Сущность этого метода состоит в разложении путем электролиза воды на водород и кислород в виде очень мелких пузырьков, осаждающихся на поверхности твердых частиц, которые будут увлекаться вверх и всплывать. При этом в основном используются пузырьки водорода, выделяющиеся на катоде, так как они обладают большей подъемной силой и их в два раза больше.

Например, при очистке виноградного сока применение электрофлотации дает высокий производственный эффект. Причем электрофлотация не влияет на содержание сахара, сухих, дубильных, зольных и красящих веществ, щелочность и рН среды. При реализации данного процесса желательно использование диафрагменного электролизера.

Очистка сточных вод протекает более благоприятно в присутствии кислорода, поэтому при электрофлотации диафрагма не используется. Толщину слоя жидкости пронизывают пузырьки водорода и кислорода, что обеспечивает определенное бактерицидное действие. Так, при электрофлотации сточных вод мясокомбината удается извлекать до 90-95% жира. Это очень высокий показатель по сравнению с другими используемыми методами.

Электрокоагуляция, как частный случай электрофлотации, позволяет эффективно осуществлять выделение из растворов каллоидных частиц и дает хорошие результаты при выделении белка из молочной сыворотки, белка картофеля из сока картофеля при производстве крахмала, при очистке сточных вод и при других процессах. В ряде случаев используются растворимые аноды из алюминия, железа. Материал анода при этом выступает в качестве коагулянта.

 









Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 1059;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.007 сек.