Основи електрохімії. Електроліз. Корозія. Основи електрохімії

Тема_3.1	Література
Основи електрохімії. Електроліз. Корозія. Основи електрохімії Конспектування основних моментів теми. Виконання домашніх завдань по темі.	А.И.Болдырев. Физическая и коллоидная химия . «Высшая школа», М.: 1983г.с.48-80 И.С.Галинкер, П.И. Медведев. Физическая и коллоидная химия. «Высшая школа», М: 1972г. С. 42-59.

1. Електроліз – це окисно-відновний процес, який відбувається під час проходження крізь розчин або розплав електроліту постійного електричного струму

Загальна схема процесів електролізу:

1. Іони, що утворюються в розчині або в розплаві електроліту внаслідок електролітичної дисоціації під впливом електричного струму рухаються до електродів:

Катіони – до катоду (-)                   Аніони –до аноду (+ )

Наприклад CuCl₂ à Cu²⁺ + 2Cl^-

2. Досягнув електродів іони частково втрачають свій заряд : на катоді відбувається відновлення (приєднання електронів), а на аноді процес окислення  (віддавання електронів):

Катод (- )                                      Анод (+)

Cu²⁺ + 2e à Cu⁰                        2Cl^- -2e à Cl₂⁰

Розглянемо процес електролізу розплаву суміші MgCl₂ Na₂SO₄

MgCl₂ Û Mg²⁺ + 2Cl^-             Na₂SO₄Û2Na⁺ + SO₄^2-

Наявність двох видів катіонів натрію та магнію вимагає проаналізувати активність цих катіонів при електролізі розплавів.         Е ⁰_Na/Na+ = -2,714B                             E⁰ _Mg/Mg2+ = -2,363 B

Закономірність : чим більш негативним буде значення стандартного електродного потенціалу тим менш активним буде катіон.

Отже більш активним в нашому випадку буде катіон магнію – він перший буде розряджатися на катоді.    Для аніонів :

Е ⁰SO₄^2-/S₂O₈^2- = 2,01B                             E⁰ _Cl-/Cl2 = 1,359B

Закономірність: Чим більше значення стандартного електродного потенціалу тим менш активним будуть аніони.

Отже в нашому прикладі більш активним аніоном буде хлор , він першим буде розряджатися на аноді.

Електроліз водних розчинів.

При електролізі розчинів солей слід враховувати наявність в розчині води яка під впливом електричного струму дисоціює на катіон водню Н⁺ та аніон гідроксогрупи ОН^-

Е (2Н⁺/Н₂) = -0,41В                 Е(4ОН^- / О₂ + 2Н₂О)= 1,229 В

Для визначення результатів електролізу розглянемо конкретний приклад:

Електроліз розчину хлориду натрію NaCl

                      NaCl Û Na⁺ + Cl^-                            H₂O Û H⁺ + OH^-

 Катод                                                               Анод

Na⁺ + 1e à Na⁰     Е = -2,714В                             2Cl^- - 2e à Cl₂⁰                    Е= 1,358В

2H⁺ + 2e à H₂        Е=-0,41В                                4 OH^- - 4e à O₂ + 2H₂O      Е = 1,220В

Виходячи з відомих закономірностей

на катоді будуть в першу чергу розряджатися той катіон, що має менш негативне значення – водень 2H⁺ + 2e à H₂       

на аноді по правилам розряджатися повинні іони ОН , але існує явище перенапруги, яка не дозволяє гідроксильним іонам першими розряджатися на аноді таким чином на аноді буде відбуватися процес 2Cl^- - 2e à Cl₂⁰

Висновок:

Якщо потенціал металу набагато негативні ший ніж потенціал водню то на катоді буде відбуватися процес 2H⁺ + 2e à H₂       

Якщо потенціал металу наближається до потенціалу водню, то в залежності від умов процесу можливо одночасне відновлення металу і водню (Zn, Cr, Fe, Cd, Ni)

Для процесів на аноді слід пам’ятати аніони безкісневих кислот окислюються на аноді з утворенням простих речовин Cl2, Br2, S.

Аніони кисневмісних кислот не окислюються а на аноді вдбувається виділення кисню та утворення води відповідно рівнянню :  4 OH^- - 4e à O₂ + 2H₂O

2.Закони електролізу.

            Маса речовини , що виділяється на електродах під час електролізу пропорційна кількості електричного струму , який проходить крізь розчин і не залежить від інших факторів

            Маса речовини, що виділяється при проходженні 1Кл електричного струму – електрохімічний еквівалент (Е)

            Однакові кількості електричного струму виділяють на електродах під час електролізу еквівалентні маси речовин.

Для того щоб виділити на електродах 1 екв. Будь-якої речовини треба затратити 96500 Кл електричного струму (F)- число Фарадея               m=   Eit/F, де        m – маса речовин (г)E – еквівалентI – сила струму (А)t - час проходження струму – (с)     F – число Фарадея

4. Корозія – це є руйнування металу внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії металу з навколишнім середовищем. Річні втрати металу в світі 20 млн т (1/3 всього виплавляє мого металу). За механізмом корозійного процесу виділяють 2 типи корозії : хімічна та електрохімічна

Хімічна корозія: процес руйнування металу внаслідок протікання хімічних реакцій між металом та компонентами середовища , що не пов’язано з виникненням електричного струму.

Електрохімічна корозія – процес руйнування металу в середовищі різних електролітів, що супроводжується виникненням ел. Струму.

Метали , застосовують в техниці майже завжди мість домішки інших металів. При контакті з розчинами електролітів виникають гальванічні пари що складаються з металів , які мають різні значення електродних потенціалів.

Розглянемо в загальному вигляді механізм перебігу електрохімічної  корозії .

Механізм складається з двох процесів:

1. Анодний процес – перехід металу в розчин у вигляді іонів та утворення вільних електронів. Ме – е = Ме+
2. Катодний процес – зв’язування електронів, що вивільнилися на аноді будь-якою речовиною – деполяризатором