Физико-химические процессы электролиза

В электротермических и электросварочных процессах изменения свойств и формы обрабатываемого материала достигаются за счет электронагрева. В промышленности широко применяют также технологические процессы, в которых для формообразования и изменения свойств ма­териалов используются, помимо электронагрева, электро­химические и механические воздействия. Значения каж­дого из этих воздействий различны для разных техноло­гических процессов. Из них рассмотрим в первую оче­редь электролиз, который получил широкое распростра­нение в металлургии цветных металлов и в ряде химиче­ских производств. Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путем электролиза. Кроме того, электролиз используется для рафинирования (очистки) меди, никеля, свинца, а также для получения водорода, кислорода, хлора и ряда других химических веществ.

Рис. 4.1. Схема электролизной ванны.

1 – ванна; 2 – электролит; 3 – анод; 4 – катод; 5 – источник питания.

Электролиз – совокупность процессов, происходящих при прохождении электрического тока через электрохимическую систему, состоящую из двух электродов и расплава или раствора электролита.

Для осуществления электролиза к отрицательному полюсу внешнего источника тока присоединяют катод, а к положительному – анод и погружают их в электролит. При прохождении тока через электролит катионы под действием электрического поля движутся к катоду, а анионы – к положительному электроду – аноду. Например, при электролизе расплава MgCl2 катионы магния, подойдя к катоду, взаимодействуют с приходящими по внешней цепи электронами, восстанавливаются:

К «+» Mg²⁺ + 2е^- → Mg.

Анионы хлора перемещаются к положительному электроду и, отдавая

избыточные электроны, окисляются. При этом первичным процессом

является окисление ионов хлора:

А «-»2Cl^- –2е^- → 2Cl⁰,

а вторичным – связывание образующихся атомов хлора в молекулы:

2Cl → Cl2.

Складывая уравнения электродных процессов, получим суммарное

уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей при

электролизе расплава MgCl2:

Mg ²⁺ + 2Cl^- → Mg + Cl₂.

Эта реакция не может протекать самопроизвольно, энергия,

необходимая для ее осуществления, поступает от внешнего источника тока.

В ходе этой реакции электрическая энергия превращается в химическую.