2. Применение электролиза в технике.

Электролиз используется в технике в таких процессах, как гальванопластика, гальваностегия, электрохимическая обработка поверхностей, очистка от жировых пленок, оксидных слоев (травление). При этом используются катодные и анодные процессы.

Катодные процессы, идущие с выделением водорода используются для:

- обезжиривания в слабокислых или щелочных растворах (ионы водорода, проникая через слой масла, разряжаются на поверхности металла, и водород, собираясь в пузырьки, уносит с собой пленку масла);

- травления(ионы водорода, диффундируя через пленку оксида, разряжаются на металле и пленка оксида отделяется от металла). При этом водород частично диффундирует в металл и делает его хрупким. Поэтому применяют ингибиторы, которые собираясь на поверхности металла, предотвращают проникновение в него водорода.

- ГАЛЬВАНОСТЕГИЯ –представляет собой нанесение путем электролиза на поверхность металлического изделия других металлов для защиты этого изделия от коррозии, для придания его поверхности твердости, а также в декоративных целях. Важнейшими гальваностегическими процессами являются хромирование, цинкование, никелирование и др.

- ГАЛЬНОПЛАСТИКА – процесс получения точных копий с рельефных рисунков электроосаждением металла. Получают матрицы для прессования различных изделий (пуговиц, граммофонных пластинок), матрицы для радиотехнических схем и др. На формы из алюминия наносят слой меди нужной толщины, а затем алюминий вытравливают кислотой или щелочью.

Анодные процессы

- травлениеметалла до нужной толщины. Изделия делают анодом (+) и металл начинает растворяться со скоростью, определяемой плотностью тока. Если нужно провести не сплошное, а частичное, то на поверхность изделия наносят «маску» - обычно полимерный лак, на котором вырисовывают нужную форму, подлежащую травлению. Так можно вытравливать шкалы, надписи и др.

- электрополированиезаменяет операцию доводки металлических поверхностей, которая особенно трудна при сложной конфигурации изделия и выполняется в ручную. Оставшиеся после обработки участки повышенной активности – выступы, шероховатости – подвергаются растворению, подобрав соответствующий электролит и плотность тока, можно сгладить даже микровыступы и довести поверхность до зеркального блеска.

- анодное оксидирование поверхности изделия для защиты от коррозии и в декоративных целях. Так, например алюминиевое изделие является анодом, коррозионно-стойкая сталь –катодом, электролитом – серная кислота. При протекании тока на катоде выделяется водород, а на аноде образуется очень прочная пленка оксида алюминия, которую пропитывают разными составами для улучшения внешнего вида.

18 Электролиз расплавов электролитов

Главное отличие этого типа электролиза от электролиза расплавов состоит в том, что в водных растворах электролитов (при электролизе в качестве электролитов значительно чаще используют соли, чем кислоты или основания) кроме катионов и анионов электролита (соли) всегда присутствуют молекулы воды, а также ионы Н⁺и ОН^–, образующиеся в результате ее диссоциации, а в случае гидролиза соли — то и в результате гидролиза. Поэтому наряду с ионами растворенной соли в электродных реакциях могут принимать участие молекулы воды, ионы Н⁺или ОН^–.

Продукты, выделяющиеся на электродах, зависят от природы ионов соли, находящегося в растворе, а также вида материала, из которого изготовлены электроды.

Рассмотрим отдельно катодные и анодные процессы.

Напомним, что в гальваническом элементе катодом называется положительный электрод, а анодом — отрицательный. При электролизе — наоборот. Но главное состоит в том, что и в гальваническом элементе и при электролизе на катоде идет восстановление, а на аноде — окисление.(— Почему это так, я спрошу у вас на предстоящем семинаре). А для себя объяснение этого вопроса в Гельфмане М.И. (на стр. 298–299).

Итак, катодные процессы при электролизе.

На катоде могут протекать три вида процессов:

1. Восстановление ионов металла: Меⁿ⁺+ne→Me

2. Восстановление молекул воды в нейтральных или щелочных растворах:

2Н₂О + 2е → Н₂+ 2ОН^–Е_Н2О/Н2 = –0,828 В.

3. Восстановление ионов водорода в кислотных растворах:

2Н⁺+ 2е → Н₂, Е_Н+/Н2 = 0,000 В.

19 Гальвани́ческий элеме́нт — химический источник электрического тока, основанный на взаимодействии двух металлов и/или их оксидов в электролите, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Назван в честь Луиджи Гальвани. Переход химической энергии в электрическую энергию происходит в гальванических элементах.

20. Энергетические эффекты химических реакций. Внутренняя энергия и энтальпия.

Как известно, в соответствии с законом сохранения энергии возможен ряд преобразований энергии: химической энергии топлива в теплоту, теплоты в механическую энергию, механической – в электрическую, электрической вновь в механическую, и, наконец, механической – в теплоту. Но не все перечисленные преобразования равноценны друг другу: химическая, механическая, электрическая энергии могут целиком переходить в другие виды энергии (в том числе и в теплоту); теплота не в состоянииперейтиполностьюв другие виды энергии. - Почему?

Все виды энергии,кроме теплоты,являются энергиямиупорядоченного движения микрочастиц, составляющих тело, илиупорядоченного движения самих тел. (Электрическая энергия – это упорядоченное движение электрических зарядов под действием электрического напряжения; механическая энергия – энергия простейшего движения, представляющего собой изменение с течением времени пространственного расположения тел).

Теплотапредставляет собойэнергию беспорядочного движениямикрочастиц (молекул, атомов, электронов и т.д.) при переходе от одного тела к другому. Невозможность полного перехода теплоты в другие виды энергии объясняется невозможностью полной перестройки хаотического движения в упорядоченное.

Раздел химии, занимающийся изучением тепловых эффектов химических реакций, называется химической термодинамикой.

Слово термодинамикапроисходит от греческих слов «термос» (теплота) и «динамос» (сила, движение). Дословно, наука о движении.

Химическая термодинамика– наука о взаимопревращениях теплоты и энергии в химических реакциях.

Химическая термодинамика изучает: 1) энергетические эффекты, сопровождающие химические реакции;

2) направление и пределы их самопроизвольного протекания.

Знание закономерностей химической термодинамики позволяет:

- предсказать, возможно, ли в принципе химическое взаимодействие между данными веществами при определенных условиях;

- предсказать, до какой степени может протекать реакция прежде, чем установится химическое равновесие при данных условиях;

- выбрать оптимальные условия проведения процесса, обеспечивающие получение максимального выхода нужного продукта;

- рассчитать количество энергии, которое выделится при проведении реакции или необходимо затратить для ее осуществления.

Итак, знание законов химической термодинамики позволяет решать, не прибегая к эксперименту, многие задачи производственной и научно-исследовательской работы.

Химическая термодинамика основана на трех законах (трех началах), особенность которых состоит в том, что они не могут быть выведены, а являются результатом обобщения многовекового человеческого опыта. Правильность этих законов подтверждается тем, что не существует фактов, которые бы противоречили этим законам.