Характеристика электрохимических процессов, протекающих под действием электрического тока

Общие сведения об электролизе

Известно, что электрический ток является направленным движением электрических зарядов, при этом ток способен воздействовать на различные природные процессы, в том числе и химические.

Под воздействием электрического тока реализуется электролиз — различные окислительно-восстановительные процессы, протекающие под воздействием электрического тока.

Количественная сторона электролиза была исследована М. Фарадеем. Он открыл законы электролиза.

Первый закон Фарадея.

масса вещества, выделившаяся на электроде, прямо пропорциональна количеству электричества, протекшего через электролит:

или где Q — количество электричества, равное произведению тока /на время t (с); к — константа, зависящая от природы веществ, выделяющихся на электродах.

Второй закон Фарадея:

массы веществ, выделившихся на электроде при пропускании одинакового количества электричества, прямо пропорциональны электрохимическому эквиваленту вещества.

Электрохимический эквивалент вещества пропорционален химическому эквиваленту и для выделения 1 моль химического эквивалента вещества необходимо 96 500 Кл электричества при отсутствии потерь на побочные процессы:

где к — электрохимический эквивалент; т_ж — молярная масса эквивалента; 96 500 Кл — число Фарадея (F— одна из констант природы).

На основании первого и второго законов Фарадея был выведен объединенный закон электролиза:

масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна электрохимическому эквиваленту и количеству электричества, протекшему через электролит.

Количество электричества выражено через произведение тока на время:

В реальных условиях проведения электролиза на электродах веществ выделяется меньше, чем можно ожидать, основываясь на законах Фарадея. Поэтому расчеты масс веществ, выделяющихся на электродах, ведут, учитывая выход по току:

где т)_Т0К — практический выход по току; Q_TCOp — количество электричества (Кл), необходимое для выделения данной массы вещества, рассчитанное по законам Фарадея; Q_npaicr — количество электричества, реально израсходованное на процесс электролиза. 6_теор всегда меньше, чем (?_практ.

Необходимость ббльших затрат электричества на выделение данной массы вещества по сравнению с расчетным объясняется различными причинами, в том числе нагреванием раствора, перенапряжением и т. д.

Электролиз проводят в электролизерах — приборах или агрегатах (последнее — в промышленных условиях). Электролизер состоит из анода, катода, внутренней и внешней цепи. Анод в электролизере заряжен положительно, катод — отрицательно. По участию анода в процессах электролиза различают инертные и активные аноды. Активным называется анод, материал которого окисляется в процессе электролиза. Инертные аноды являются только проводниками электрического тока. Различают электролиз расплавов и растворов электролитов.