יישום מעשי של אלקטרוליזה. אלקטרוליזה יישום הודעת אלקטרוליזה

תהליך זה נמצא בשימוש נרחב בתעשייה. בלעדיו, כמעט בלתי אפשרי לדמיין ייצור של מתכות לא ברזליות וכמה ענפים של התעשייה הכימית, בפרט, הבסיס של טכנולוגיית הייצור של נחושת, אלומיניום, אבץ ומספר יסודות כימיים אחרים הוא אלקטרוליזה. בנוסף, הוא ממלא תפקיד חשוב בייצור מימן, חמצן וכלור.

מהי אלקטרוליזה

תופעה זו מובנת כמערכת של תהליכים פיזיקליים וכימיים המתרחשים באלקטרוליט (תמיסה מיוחדת או נמס של נוזל מוליך) בהשפעה מכוונת של זרם חשמלי. כתוצאה מאלקטרוליזה נוצרות על האלקטרודות מולקולות של מתכות הכלולות בחומר המקורי.

ההיסטוריה של תופעה זו מתחילה מסוף המאה ה-17 ותחילת המאה ה-19, כאשר בוצעו הניסויים הראשונים באלקטרוכימיה. המדע עצמו צץ הודות למחקרו של ל' גלווני (אחד מהיישומים של התהליך המתואר נקרא על שמו - יישום של ציפוי אלקטרוני כדי לתת לחומרים תכונות נוספות). תפקיד חשוב לא פחות שיחק על ידי א. וולט, שהמציא את מקור הזרם הכימי הראשון.

התופעה הפיזיקלית והכימית מבוססת על שני החוקים של פאראדיי. הראשון קובע כי מסת החומר שהצטברה על הקתודה או הועברה מהאנודה לאלקטרוליט עומדת ביחס ישר לנפח החשמל שהוליך דרך הנוזל. החוק השני של פאראדיי קובע שהמסה של חומר המיוצר באלקטרוליזה באמצעות כמות נתונה של חשמל עומדת ביחס ישר למסה האטומית וביחס הפוך לערכיות.

השפעת השימוש בתהליך המתואר מוסברת על ידי האפשרות לבצע תגובות כימיות בהשפעת זרם חשמלי. הטכנולוגיה ליצירת חלקיקים חדשים בעצמה מורכבת ממספר פעולות:

• תנועה של יונים (חלקיקים בעלי מטען חיובי נודדים לקתודה, ושליליים נודדים לאנודה);
• דיפוזיה של יונים, אשר נופלים על האלקטרודות (קתודה ואנודה), משתחררים ומתחילים לנוע בצורה כאוטית;
• תגובות כימיות במהלך מגע של אלקטרודות ואלקטרוליט, כמו גם מולקולות שנוצרו של חומרים זו עם זו.

כל זה הופך את הטכנולוגיה עצמה למורכבת מאוד ודורש ניטור מתמיד של מומחים. היתרון העיקרי של שיטה זו לייצור מתכות הוא היעילות הכלכלית היחסית שלה, כמו גם, במקרים מסוימים, חוסר האפשרות להשיג יסוד כימי בשיטה אחרת.

אלקטרוליזה של נמסים

המכשירים בהם מתרחשת התגובה ומבוצעות פעולות טכנולוגיות נקראים אלקטרוליזרים. על מנת להשיג את החומר הרצוי כתוצאה מהתהליך הפיזי והכימי המתואר, יש צורך לבחור נכון את האלקטרודות והאלקטרוליט. הדרישה העיקרית של אלקטרודה היא המוליכות שלה, לכן, לרוב באלקטרוליזה, מוטות עשויים מחומרים לא מתכתיים, למשל, גרפיט או פחמן, משמשים כאלקטרודות.

אלקטרודה טעינה חיובית נקראת אנודה. אניונים, חלקיקים בעלי מטען שלילי, נמשכים אליו. כתוצאה מתגובה זו הוא מתחמצן (מתמוסס באלקטרוליט), ולכן החומר ממנו עשויה האנודה חייב להיות כזה שכתוצאה מכניסתו לתמיסה, תהליך קבלת היסודות הכימיים אינו מופרע, וחלקיקים מיותרים אינם מקלקלים את איכות המוצר המוגמר.

האלקטרודה בעלת המטען השלילי נקראת הקתודה. זהו מוקד משיכה לקטיונים, המצפים אותו במתכת הכלולה בהמסה. בדרך זו, ייצור היסודות הכימיים הדרושים מתבצע, או שהמוצרים מצופים בחומר כלשהו הכלול במלח מותך.

ההבדל העיקרי בין אלקטרוליזה של נמסים לבין תהליך דומה עם תמיסות הוא שכאשר מייצרים יסודות כימיים ממלחים מותכים, רק יונים של החומר עצמו משתתפים בתגובה. דוגמאות לסוג זה של אלקטרוליזה הן ייצור נתרן, בו יצטבר גז כלור באנודה, והחומר הדרוש בקתודה. שיטה זו משמשת להשגת יסודות כימיים אלקליים, שכן הם מומסים בקלות במים וקשה להם מאוד להפריד אותם מהתמיסה. מתכות כאלה כוללות סידן, נתרן, ליתיום ואחרות.

אלקטרוליזה של תמיסות

נחושת ואלומיניום מיוצרים לרוב בשיטה זו. כאשר משיגים אותם מתמיסות, יש לזכור שבמקרה זה משתתפות גם מולקולות מים בתגובה הכימית, שיכולה לעזור או להפריע.

האלקטרוליזה של נחושת או מתכות אחרות המתקבלות מתמיסה מתחילה בבחירה של קתודה ואנודה. הדרישות עבורם דומות לחלוטין: רצוי שהאנודה אינרטית (לא תיצור זיהומים כאשר היא מומסת), והקתודה יכולה להיות כל לוח או מוט מתכת עם מטען מתאים.

לאחר מכן, מניחים תמיסה של המלח הנדרש באלקטרוליזר (תמיסת נחושת גופרתית משמשת לאלקטרוליזה של נחושת), ומועבר דרכה זרם. עם השלמת התגובה הכימית-פיזיקלית האנודה תתמוסס (ככלל משתמשים לה במוט גרפיט, אך בתעשיות הדורשות טוהר גבוה של היסודות הכימיים המתקבלים ניתן להשתמש גם בפלטינה), ובצבע אדום כהה. ציפוי יופיע על הקתודה - זוהי נחושת, אשר כעת ניתן להשתמש בה בתעשיות אחרות לאחר עיבוד.

כך ניתן להשיג גם גזים, אפילו בבית. כדי לעשות זאת, אתה צריך לקחת תמיסה של סודה לשתייה, להניח בה אלקטרודות ולהפעיל עליה חשמל. כתוצאה מכך, האלקטרוליט יתחיל לבעבע ליד האנודה - זהו שחרור חמצן. מימן יצטבר בקתודה. הסיבה לכך היא שיוני OH בעלי מטען שלילי, המכילים חמצן, נמשכים לאנודה, ומימן בעל מטען חיובי נמשך לקתודות. תגובה זו אפשרית רק בעת שימוש בתמיסות, מכיוון שההמסה אינה מכילה מולקולות מים, מה שאומר שלא יהיה שחרור כזה של מימן וחמצן.

יישומים של אלקטרוליזה

חוקי האלקטרוכימיה משמשים באופן פעיל בתעשייה בייצור של חומרים שונים. יתרה מכך, חלקם מתקבלים כתוצאה מהפחתה בקתודות, בעוד שאחרים מתקבלים באמצעות חמצון באנודות.

כיום ניתן לראות את יישום האלקטרוליזה בתחומים ובכיוונים הבאים:

• השגת היסודות הכימיים הדרושים;
• ייצור מתכות, פופולרי במיוחד הוא אלקטרוליזה של נחושת ואלומיניום;
• טיהור של חומרים שונים מזיהומים;
• ייצור סגסוגות;
• ציפוי פני השטח (אבץ, כרום, כסף, זהב וכו'), פעולות אלו הפכו פופולריות במיוחד בימינו);
• טיפול באנשים המשתמשים במכונות לאלקטרופורזה, דיאליזה וכדומה.

המחקר על אלקטרוליזה כדי להרחיב את היישומים שלה נמשך. בפרט, ניתן לצפות מתכות בסרטי הגנה שונים כדי להגביר את חוזקן. זה מאפשר להציב אותם בסביבות אגרסיביות, וליצור מנגנונים ומנועים חדשים. טכנולוגיה זו משמשת גם להשחזת מכשירים רפואיים, וכן לטיהור מים בתעשיות הכימיות והרפואה. לפיכך, אלקטרוליזה היא אחת השיטות הפופולריות ביותר לשימוש בזרם בתעשייה, מכיוון שחלק מהפעולות הטכנולוגיות התאפשרו רק לאחר גילוי חוקי פאראדיי והניסויים של גלווני.

וִידֵאוֹ

השגת מוצרי מטרה על ידי אלקטרוליזה מאפשרת לשלוט בצורה פשוטה יחסית (על ידי התאמת עוצמת הזרם) במהירות ובכיוון התהליך, שבזכותה ניתן לבצע תהליכים הן ב"רך" והן ב"קשה" במיוחד. תנאים של חמצון או הפחתה, השגת חומרי החמצון וחומרי הפחתה החזקים ביותר. על ידי אלקטרוליזה, H2 ו-O2 מופקים ממים, Cl2 מתמיסות מימיות של NaCl, F2 מהמסת KF ב-KH2F3.

הידרו-אלקטרומטלורגיה היא ענף חשוב של מתכות לא ברזליות (Cu, Bi, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Cd, Zn); הוא משמש גם להשגת מתכות אצילות ומתכות קורט, Mn, Cr. האלקטרוליזה משמשת ישירות להפרדה קתודית של מתכת לאחר שהועברה מעפרה לתמיסה והפתרון טוהר. תהליך זה נקרא אלקטרואקסטרקציה. אלקטרוליזה משמשת גם לטיהור מתכות - זיקוק אלקטרוליטי (אלקטרו-זיקוק). תהליך זה מורכב מהתמוססות אנודית של המתכת המזוהמת ותצהיר קתודי לאחר מכן. זיקוק וחילוץ אלקטרו מתבצעים עם אלקטרודות נוזליות עשויות כספית ואמלגמים (מטאלורגיית אמלגם) ועם אלקטרודות עשויות מתכות מוצקות.

אלקטרוליזה של נמסי אלקטרוליטים היא שיטה חשובה לייצור מתכות רבות. לדוגמה, אלומיניום גולמי מיוצר על ידי אלקטרוליזה של נמס קריוליט-אלומינה (Na3AlF6 + Al2O3), וחומר הגלם מטוהר על ידי זיקוק אלקטרוליטי. במקרה זה, האנודה היא ה-Al melt, המכילה עד 35% Cu (לשקלול) ולכן ממוקמת בתחתית אמבט האלקטרוליזר. השכבה הנוזלית האמצעית של האמבט מכילה BaCl2, AlF3 ו- NaF, והשכבה העליונה מכילה אל מזוקק מותך ומשמשת כקתודה.

אלקטרוליזה של מגנזיום כלורי מותך או קרנליט מיובש היא השיטה הנפוצה ביותר לייצור Mg. בקנה מידה תעשייתי, אלקטרוליזה של נמסים משמשת להשגת מתכות אלקליות ואדמה אלקליין, Be, Ti, W, Mo, Zr, U וכו'.

שיטות אלקטרוליטיות לייצור מתכות כוללות גם הפחתת יוני מתכת עם מתכת אחרת, אלקטרונית שלילית יותר. בידוד המתכות על ידי הפחתתן עם מימן כולל לרוב גם את שלבי האלקטרוליזה - יינון אלקטרוכימי של מימן ושקיעת יוני מתכת עקב האלקטרונים המשתחררים בתהליך זה. תפקיד חשוב ממלאים תהליכים של שחרור או פירוק משותף של מספר מתכות, שחרור משותף של מתכות ומימן מולקולרי בקתודה וספיחה של רכיבי תמיסה על אלקטרודות. אלקטרוליזה משמשת להכנת אבקות מתכת בעלות תכונות רצויות.

יישומים חשובים נוספים של אלקטרוליזה הם ציפוי אלקטרוסינתזה, עיבוד אלקטרוכימי של מתכות והגנה מפני קורוזיה.

אלקטרוליזרים. העיצוב של מכשירים תעשייתיים לביצוע תהליכים אלקטרוליטיים נקבע על פי אופי התהליך. בהידרופטלורגיה ובציפוי האלקטרוליטי משתמשים בעיקר במה שנקרא תיבה אלקטרוליזר, שהם מיכל פתוח עם אלקטרוליט שבו ממוקמות קתודות ואנודות מתחלפות, המחוברות בהתאמה לקטבים השליליים והחיוביים של מקור זרם ישר. לייצור אנודות, גרפיט, חומרי פחמן-גרפיט, פלטינה, תחמוצות ברזל, עופרת, ניקל, עופרת וסגסוגות שלה משמשים; הם משתמשים באנודות טיטניום עם ציפוי פעיל מתערובת של תחמוצות רותניום וטיטניום (אנודות רותניום-טיטניום אוקסיד, או ORTA), וכן מפלטינה וסגסוגותיה. פלדה משמשת לקתודות ברוב האלקטרוליזרים, כולל. עם ציפויים מגנים שונים, תוך התחשבות באגרסיביות של מוצרי האלקטרוליט והאלקטרוליזה, הטמפרטורה ותנאי תהליך אחרים. חלק מהאלקטרוליזרים פועלים בתנאי לחץ גבוה, למשל, פירוק מים מתבצע בלחץ של עד 4 MPa; אלקטרוליזרים מפותחים גם עבור לחצים גבוהים יותר. באלקטרוליזים מודרניים, נעשה שימוש נרחב בפלסטיק, זכוכית ופיברגלס וקרמיקה.

בתעשיות אלקטרוכימיות רבות נדרשת הפרדה של חללי הקתודה והאנודה, המתבצעת באמצעות דיאפרגמות חדירות ליונים, אך מעכבות ערבוב ודיפוזיה מכניים. במקרה זה מושגת ההפרדה של מוצרים נוזליים וגזים הנוצרים על האלקטרודות או בנפח התמיסה, והשתתפות תוצרי האלקטרוליזה הראשוניים, הביניים והסופיים בתגובות על האלקטרודה של הסימן הנגדי ובסמוך. -מנע מרווח אלקטרודה. בדיאפרגמות נקבוביות, גם קטיונים וגם אניונים מועברים דרך מיקרו-נקבים בכמויות התואמות למספרי ההעברה. בדיאפרגמות חילופי יונים (ממברנות), או רק קטיונים או אניונים מועברים, בהתאם לאופי הקבוצות היונוגניות הכלולות בהרכבן. בעת סינתזה של חומרי חמצון חזקים, משתמשים בדרך כלל באלקטרוליזרים נטולי דיאפרגמה, אך מוסיפים K2Сr2О7 לתמיסת האלקטרוליט. במהלך תהליך האלקטרוליזה, נוצר סרט כרומיט-כרומט נקבובי על הקתודה, הפועל כדיאפרגמה. בהפקת כלור משתמשים בקתודה בצורת רשת פלדה, עליה מונחת שכבת אסבסט הפועלת כדיאפרגמה. במהלך תהליך האלקטרוליזה, מי מלח מוזנת לתא האנודה, ותמיסת NaOH מוסרת מתא האנודה.

האלקטרוליזר, המשמש לייצור מגנזיום, אלומיניום, מתכות אלקליות ואדמה אלקליין, הוא אמבטיה מרופדת בחומר עקשן, שבתחתיתו יש מתכת מותכת, המשמשת כקתודה, ומעל מניחים אנודות בצורת בלוקים. שכבה של מתכת נוזלית. בתהליכי ייצור ממברנה של כלור, באלקטרוסינתזה, משתמשים באלקטרוליזרים מסוג מסנן, המורכבים ממסגרות נפרדות, שביניהן ממוקמות ממברנות חילופי יונים.

בהתבסס על אופי החיבור למקור הכוח, מובחנים אלקטרוליזים מונופולריים ודו-קוטביים. אלקטרוליזר מונופולרי מורכב מתא אלקטרוליטי אחד עם אלקטרודות בעלות קוטביות זהה, שכל אחת מהן יכולה להיות מורכבת ממספר אלמנטים המחוברים במקביל למעגל הזרם. באלקטרוליזר דו-קוטבי יש מספר רב של תאים (עד 100-160) המחוברים בסדרה למעגל הזרם, וכל אלקטרודה, למעט שתי החיצוניות, פועלת מצד אחד כקתודה והשני כאנודה. . אלקטרוליזים מונופולאריים מיועדים בדרך כלל לזרם גבוה ולמתח נמוך, דו קוטבי - לזרם נמוך יחסית ולמתח גבוה. אלקטרוליזים מודרניים מאפשרים עומס זרם גבוה: מונופולרי עד 400-500 kA, דו קוטבי - שווה ערך ל-1600 kA.

הושלם על ידי: Suldin T.V.

נבדק על ידי: Biktimerova I.M.

הַפרָדָה חַשְׁמָלִית……. ………………………………………………………………………………………………………….3

יישומים טכניים של אלקטרוליזה………………………………………………………………….4

רשימת מקורות בשימוש………………………………………………………………………6

הַפרָדָה חַשְׁמָלִית

אלקטרוליזה היא תהליך פיזיקוכימי המורכב משחרור על גבי אלקטרודות של מרכיבים של חומרים מומסים או חומרים אחרים הנובעים מתגובות משניות על האלקטרודות, המתרחש כאשר זרם חשמלי עובר דרך תמיסה או אלקטרוליט מותך.

התנועה המסודרת של יונים בנוזלים מוליכים מתרחשת בשדה חשמלי, שנוצר על ידי אלקטרודות - מוליכים המחוברים לקטבים של מקור אנרגיה חשמלית. באלקטרוליזה, האנודה היא האלקטרודה החיובית, והקתודה היא האלקטרודה השלילית. יונים חיוביים - קטונים - (יוני מתכת, יוני מימן, יוני אמוניום ועוד) - נעים לכיוון הקתודה, יונים שליליים - אניונים - (יונים של שאריות חומצה וקבוצות הידרוקסיל) - נעים לכיוון האנודה.

שיעורי תגובות האלקטרודה תלויים בהרכב ובריכוז האלקטרוליט, בחומר האלקטרודה, בפוטנציאל האלקטרודה, בטמפרטורה ובמספר גורמים נוספים. קצב התגובה של כל אלקטרודה נקבע על פי קצב העברת המטענים החשמליים דרך יחידת משטח אלקטרודה ליחידת זמן; מדד המהירות, אם כן, הוא צפיפות הזרם.

כמות המוצרים הנוצרים במהלך האלקטרוליזה נקבעת על פי חוקי פאראדיי. אם נוצרים בו זמנית מספר תוצרים על כל אחת מהאלקטרודות כתוצאה ממספר תגובות אלקטרוכימיות, שיעור הזרם (ב%) העובר להיווצרות התוצר של אחד מהם נקרא תפוקת הזרם של מוצר זה.

יישום טכני של אלקטרוליזה

אלקטרוליזה נמצא בשימוש נרחב בטכנולוגיה. בואו נסתכל רק על כמה דוגמאות ליישומים הטכניים החשובים ביותר של אלקטרוליזה.

ציפוי אלקטרוני הוא ציפוי של מוצרי מתכת בשכבה דקה של מתכת אחרת (ציפוי ניקל, ציפוי כרום, ציפוי כסף, הזהבה ועוד) על מנת להגן עליה מפני חמצון ולהעניק למוצר מראה אטרקטיבי. החפץ המיועד לציפוי מנוקים היטב, מסיר שומנים היטב ומניחים כקתודה באמבט אלקטרוליטי המכיל תמיסת מלח של המתכת שבה מצופה את החפץ (איור 3.8). האנודה היא צלחת מאותה מתכת. לציפוי אחיד יותר, בדרך כלל משתמשים בשתי צלחות כאנודה, וממקמות את האובייקט ביניהן.

אלקטרוליטי הוא ייצור אלקטרוליטי של עותקים מחפצי תבליט (מדליות, תחריטים, תבליטים וכו'). שעווה או יציקה אחרת עשויה מחפץ תבליט. משטח הרושם מצופה בשכבה דקה של גרפיט כדי להפוך אותו למוליך. בצורה זו, הגבס משמש כקתודה, אשר טובלת באמבט אלקטרוליטי עם תמיסה של גופרת נחושת. האנודה היא לוחית נחושת. כאשר על הגבס גדלה שכבת נחושת עבה מספיק, נפסקת האלקטרוליזה והשעווה מוסרת בזהירות. מה שנותר הוא עותק נחושת מדויק של המקור.

בתעשיית הדפוס, עותקים כאלה (סטריאוטיפים) מתקבלים מהדפסת טיפוס על חומר פלסטי (מטריקס), תוך הנחת שכבה עבה של ברזל או חומר אחר על המטריצות. זה מאפשר לך לשחזר את הסט במספר העותקים הנדרש. אם בעבר תפוצתו של ספר הוגבלה למספר ההדפסים שניתן היה להשיג מאחד

הגדרת הקלדה (הקביעת הקלדה נמחקת במהלך ההדפסה), אז השימוש בסטריאוטיפים יכול להגדיל באופן משמעותי את התפוצה.

נכון, נכון להיום, באמצעות אלקטרוליזה, סטריאוטיפים מתקבלים רק עבור ספרים של הדפסה באיכות גבוהה ועם מספר רב של איורים.

על ידי הנחת מתכת על גליל ארוך, מתקבלים צינורות ללא תפרים.

התהליך להפקת ציפויים מתקלפים פותח על ידי המדען הרוסי B. S. Jacobi, אשר בשנת 1836 השתמש בשיטה זו כדי ליצור דמויות חלולות עבור קתדרלת סנט אייזק (בסנט פטרבורג).

זיקוק נחושת

נחושת היא החומר הטוב ביותר לייצור מוליכים, אך לשם כך היא חייבת להיות נקייה מכל זיהומים. טיהור נחושת מזיהומים נקרא זיקוק (טיהור) של נחושת. חתיכות מסיביות (יריעות עבות) של נחושת גולמית המתקבלות בהתכה מעפרות הן האנודה, ולוחות דקות של נחושת טהורה הן הקתודה. התהליך מתרחש באמבטיות גדולות עם תמיסה מימית של נחושת גופרתית. במהלך האלקטרוליזה, הנחושת של האנודה מתמוססת; זיהומים המכילים מתכות יקרות ונדירות נופלות לתחתית בצורה של משקעים (בוצה), ונחושת טהורה מתיישבת על הקתודה. זיקוק של כמה מתכות אחרות מתבצע באותו אופן.

רשימת מקורות בשימוש

אלקטרוליזה מוצאת יישום רחב מאוד בטכנולוגיה. מתכות מסוימות מיוצרות על ידי אלקטרוליזה; רבים המתקבלים באופן לא חשמלי מטוהרים מזיהומים. על ידי אלקטרוליזה של התמיסות המתאימות מתקבלים חמצן, מימן, כלור ו"מים כבדים". באמצעות אלקטרוליזה מצפים מוצרים שונים בשכבת מתכת ויוצרים גם עותקי מתכת תבליט של המוצרים הרצויים. טעינת סוללות מבוססת על אלקטרוליזה. לכל אחד מהיישומים האפשריים של אלקטרוליזה יש שם משלו. הבה נבחן את המהות של כמה מיישומי האלקטרוליזה בטכנולוגיה.

אלקטרוטיפ– השגת הדפסי מתכת של חפצי תבליט (מדליות, מטבעות וכו'). לשם כך, תחילה צור רושם שעווה (סטארין) של החפץ, מצפים את פני הרושם באבקת גרפיט כדי להפוך אותו למוליך חשמלי, ולאחר מכן השתמש הרושם כקתודה באמבט אלקטרוליטי המכיל מלח מתכת מומס. במהלך האלקטרוליזה, מתכת האלקטרוליט משתחררת על פני השטח של הרושם ויוצרת עותק מתכתי של האובייקט. שיטה זו, במיוחד, משמשת לייצור קלישאות הדפסה, צינורות ללא תפרים ושאר חלקי מתכת בעלי צורות מורכבות.

גלוונוסטגיה.שקיעת מתכת אלקטרוליטית נמצאת בשימוש נרחב לציפוי חפצי מתכת בשכבה של מתכות אצילות או בשכבת הגנה של מתכת אחרת בעלת חוזק מכני ועמידות בפני קורוזיה. כאלה הם כסף אלקטרוליטי, הזהבה ופטינה, ציפוי בכרום וניקל, ציפוי אלקטרוליטי של ברזל עם אבץ.

טיהור (זיקוק) של מתכות (השגת מתכות טהורות).לשם כך, המתכת לניקוי מיוצקת בצורה של לוחות, והן נעשות לאנודה באמבט אלקטרוליטי. האלקטרוליט הוא תמיסה של מלח של מתכת נתונה. עם בחירה נכונה של מתח בין האנודה לקתודה, מובטח שרק המתכת המטוהרת עוברת מהאנודה לתמיסה ומשתחררת בקתודה. זיהומים נופלים לתחתית האמבט האלקטרוליטי בצורה של משקעים (בוצת אנודה).

טיהור באמצעות אלקטרוליזה מייצר, למשל, נחושת טהורה מאוד (מה שנקרא מעודן אלקטרוליטי), שנמצאת בשימוש נרחב בהנדסת חשמל.

אלקטרומטלורגיה.נכון לעכשיו, מתכות רבות מתקבלות על ידי אלקטרוליזה של עפרות במצב מותך. דוגמה לכך היא ייצור אלומיניום. תערובת מותכת של אלומינה Al 2 O 3 וקריוליט Na 2 AlF 6 נתונה לאלקטרוליזה.האנודות הן מוטות פחמן שהורדו לתוך ההמסה. האלקטרוליזה מתבצעת בטמפרטורה של כ-900 מעלות צלזיוס, והטמפרטורה הגבוהה נשמרת על ידי הזרם עצמו. אלקטרוליזה מייצרת גם נתרן, מגנזיום, בריליום, פלואור ואלמנטים נוספים.

תחריט וליטוש אלקטרוליטי.על ידי הנחת חפצי מתכת באמבט אלקטרוליטי כאנודה, ניתן לגרום למתכת להתמוסס. בנוכחות חספוס ליד פני השטח, פירוק אלקטרוליטי מתרחש מהר יותר בבליטות ובנקודות, מכיוון שעוצמת השדה החשמלי, ולכן צפיפות הזרם, בקרבתם גדולה יותר. לכן, ניתן להשתמש באלקטרוליזה כדי לחרוט ולהבריק משטחים.

קבלים אלקטרוליטיים.ההשפעה של מה שנקרא קבלים אלקטרוליטים ("אלקטרוליטים"), בשימוש נרחב בהנדסת חשמל ורדיו מודרנית, מבוססת על תופעת האלקטרוליזה. יש להם שתי אלקטרודות אלומיניום באלקטרוליט. הרכב האלקטרוליט יכול להיות שונה, למשל, מתערובת של חומצה בורית ותמיסת אמוניה בתוספת גליצרין. לעתים קרובות מכינים את האלקטרוליט בצורה של משחה עבה ומספוג בו על מרווח נייר הממוקם בין האלקטרודות. ניתן לייצג את פעולתו של קבל אלקטרוליטי באופן הבא: הקוטב החיובי של הקבל מכוסה בשכבה דקה של תחמוצות אלומיניום, הנשמרת עקב אלקטרוליזה. שכבה זו היא הדיאלקטרי של הקבל, והלוחות הם אלקטרודת אלומיניום ואלקטרוליט. אלקטרודת האלומיניום השנייה היא פסיבית ומשמשת רק לחיבור הקבל למעגל. בשל העובי הקטן של שכבת התחמוצת, הקיבולת של קבלים אלקטרוליטים מגיעה למאות רבות של מיקרופארד למ"ר של שטח צלחת.

קבל אלקטרוליטי הוא בעל קיבולת גדולה רק בקוטביות מתח מסוימת, כלומר כאשר האלקטרודה המחומצנת מחוברת לקוטב החיובי של המקור. כאשר מחזירים אותו למעגל, שכבת הבידוד נעלמת וזרם גדול עובר דרך הקבל והורס אותו.

החסרונות של קבלים אלקטרוליטיים הם דליפות גדולות יחסית, צורך בשמירה על קוטביות, מתחי פריצה נמוכים וחוסר אפשרות להשתמש בהם במעגלי זרם חילופין.

אלקטרוליזה ומה שנקרא קיטוב אלקטרוליטיקיבלו יישום טכני חשוב בסוללות, או, במילים אחרות, מקורות זרם משניים (אלמנטים). הם תאים גלווניים שבהם חומרים שהצטברו בעבר על האלקטרודות בתהליך האלקטרוליזה (במהלך טעינת הסוללה) נצרכים בעת הוצאת זרם.

סוללות עופרת הן הסוללות הנפוצות ביותר. בצורתם הפשוטה ביותר, הם מורכבים משתי אלקטרודות עופרת בתמיסת חומצה גופרתית. כאשר טבילה בחומצה, נוצרת עופרת סולפט PbSO 4 על האלקטרודות, והתמיסה רוויה באותו מלח.

בעת טעינת סוללה באלקטרודה המחוברת לקוטב החיובי של מקור הזרם, עופרת מתחמצנת ל-PbO 2 פרוקסיד, והאלקטרודה השנייה הופכת לעופרת טהורה. כאשר הסוללה נטענת, מופיעות מולקולות חומצה נוספות, ולכן ריכוז החומצה עולה.

כאשר הסוללה מתרוקנת, הקוטב החיובי שלה מתנקה בהדרגה, ושוב נוצר עליו עופרת גופרתית המופיעה גם על האלקטרודה השלילית. במהלך הפריקה, ריכוז החומצה יורד.

סוללות מאופיינות, בנוסף ל-EMF, בקיבולת, כלומר. כמות החיוב שניתנה במהלך השחרור. זה נמדד באמפר-שעות, וכמובן, ככל ששטח האלקטרודות גדול יותר.

כדי להגדיל את הקיבולת, אלקטרודות הסוללה נוצקות בצורה של לוחות עם תאים רבים כמו חלת דבש, ותחמוצות עופרת נלחצות לתוך התאים.

יחד עם סוללות עופרת, ברזל-ניקל או אלקליין, משתמשים כיום בסוללות, שהן קלות יותר במשקל ובעלות קיבולת שווה. יש להם אלקטרודה אחת מברזל והשנייה מניקל, והאלקטרוליט הוא תמיסה של 20% של אשלגן הידרוקסיד KOH. במצב טעון, האנודה של סוללות אלה היא ניקל אוקסיד הידרט Ni(OH) 3, והקתודה היא ברזל.

אלקטרוליזה נמצא בשימוש נרחב בטכנולוגיה. בואו נסתכל רק על כמה דוגמאות ליישומים הטכניים החשובים ביותר של אלקטרוליזה.

גלוונוסטגיה- ציפוי מוצרי מתכת בשכבה דקה של מתכת אחרת (ציפוי ניקל, ציפוי כרום, ציפוי כסף, הזהבה ועוד) על מנת להגן עליה מפני חמצון ולהעניק למוצר מראה אטרקטיבי. החפץ המיועד לציפוי מנוקים היטב, מסיר שומנים היטב ומניחים כקתודה באמבט אלקטרוליטי המכיל תמיסת מלח של המתכת שבה מצופה את החפץ (איור 3.8). האנודה היא צלחת מאותה מתכת. לציפוי אחיד יותר, בדרך כלל משתמשים בשתי לוחות כאנודה, הממקמות את האובייקט ביניהן (ראה איור 3.8).

אלקטרוטיפ- ייצור אלקטרוליטי של עותקים מחפצי תבליט (מדליות, תחריטים, תבליטים וכו'). שעווה או יציקה אחרת עשויה מחפץ תבליט. משטח הרושם מצופה בשכבה דקה של גרפיט כדי להפוך אותו למוליך. בצורה זו, הגבס משמש כקתודה, אשר טובלת באמבט אלקטרוליטי עם תמיסה של גופרת נחושת. האנודה היא לוחית נחושת. כאשר על הגבס גדלה שכבת נחושת עבה מספיק, נפסקת האלקטרוליזה והשעווה מוסרת בזהירות. מה שנותר הוא עותק נחושת מדויק של המקור.

בתעשיית הדפוס, עותקים כאלה (סטריאוטיפים) מתקבלים מהדפסת טיפוס על חומר פלסטי (מטריקס), תוך הנחת שכבה עבה של ברזל או חומר אחר על המטריצות. זה מאפשר לך לשחזר את הסט במספר העותקים הנדרש. אם בעבר תפוצת הספר הוגבלה למספר ההדפסים שניתן היה להשיג מסוג אחד (הסוג נמחק במהלך ההדפסה), הרי שהשימוש בסטריאוטיפים מאפשר להגדיל משמעותית את התפוצה.

נכון, נכון להיום, באמצעות אלקטרוליזה, סטריאוטיפים מתקבלים רק עבור ספרים של הדפסה באיכות גבוהה ועם מספר רב של איורים.

על ידי הנחת מתכת על גליל ארוך, מתקבלים צינורות ללא תפרים.

התהליך להפקת ציפויים מתקלפים פותח על ידי המדען הרוסי B. S. Jacobi, אשר בשנת 1836 השתמש בשיטה זו כדי ליצור דמויות חלולות עבור קתדרלת סנט אייזק (בסנט פטרבורג).

זיקוק נחושת

נחושת היא החומר הטוב ביותר לייצור מוליכים, אך לשם כך היא חייבת להיות נקייה מכל זיהומים. טיהור נחושת מזיהומים נקרא זיקוק (טיהור) של נחושת. חתיכות מסיביות (יריעות עבות) של נחושת גולמית המתקבלות בהתכה מעפרות הן האנודה, ולוחות דקות של נחושת טהורה הן הקתודה. התהליך מתרחש באמבטיות גדולות עם תמיסה מימית של נחושת גופרתית. במהלך האלקטרוליזה, הנחושת של האנודה מתמוססת; זיהומים המכילים מתכות יקרות ונדירות נופלות לתחתית בצורה של משקעים (בוצה), ונחושת טהורה מתיישבת על הקתודה. זיקוק של כמה מתכות אחרות מתבצע באותו אופן.

ייצור אלומיניום

אלומיניום מיוצר באמצעות אלקטרוליזה. לשם כך, לא פתרונות של מלחים של מתכת זו נתונים לאלקטרוליזה, אלא תחמוצות מותכות שלה.

אלומינה (תחמוצת אלומיניום Al 2 O 3), המתקבלת על ידי עיבוד בוקסיט - עפרות המכילות אלומיניום, מוזגת לתוך כור היתוך פחם (איור 3.9). כור ההיתוך משמש כקתודה. האנודה היא מוטות פחמן המוכנסים לכור היתוך. ראשית, מורידים את מוטות הפחמן כדי להתחבר עם כור ההיתוך ומועבר זרם חזק. כאשר זרם עובר דרך האלומינה, הוא מתחמם ונמס. לאחר מכן, הפחמים מועלים, זרם עובר בנוזל ומייצר אלקטרוליזה. אלומיניום מותך המשתחרר במהלך האלקטרוליזה שוקע לתחתית כור ההיתוך (קתודה), משם הוא משתחרר דרך חור מיוחד לתוך תבניות ליציקה.