Elektrolizda olsidlanish-tiklanish jarayoni sifatida

Elektroliz jarayoni
Elektrolizning asosiy jarayoni - qo'llaniladigan oqim tufayli elektronlarni chiqarib tashlash yoki qo'shish orqali atomlar va ionlarning o'zaro almashinishi. Kerakli elektroliz mahsulotlari ko'pincha elektrolitdan boshqa fizik holatidadir va ularni fizik jarayonlar bilan olib tashlash mumkin (masalan, gazni elektrod ustida to'plash yoki elektrolitdan mahsulotni cho'ktirish).
Mahsulotlar miqdori tok bilan mutanosib bo'lib, ikki yoki undan ortiq elektrolitik xujayralar bir xil quvvat manbaiga ketma-ket ulanganda, xujayralarda ishlab chiqarilgan mahsulotlar ular bilan mutanosib bo'ladi teng og'irlik. Ular sifatida tanilgan Faradey elektroliz qonunlari.
Har bir elektrod aksincha bo'lgan ionlarni o'ziga tortadi zaryadlash. Ijobiy zaryadlangan ionlar (kationlar ) elektron bilan ta'minlaydigan (manfiy) katot tomon harakatlaning. Salbiy zaryadlangan ionlar (anionlar ) elektron chiqaradigan (musbat) anot tomon harakatlaning. Ushbu jarayonda elektronlar a sifatida katodga samarali kiritilgan reaktiv va anodda a sifatida olib tashlandi mahsulot. Kimyoda elektronlarning yo'qolishi deyiladi oksidlanish, elektronlarning ko'payishi esa kamayish deb ataladi.
Neytral atomlar yoki molekulalar, masalan, elektrod sathidagi elektronlar, elektronlarni yutganda yoki yo'qotganda ular ionga aylanadi va elektrolitda eriydi va boshqa ionlar bilan reaksiyaga kirishishi mumkin.
Ionlar elektronlarni yutganda yoki yo'qotganda va neytral holga kelganda, ular elektrolitdan ajralib turadigan birikmalar hosil qilishi mumkin. Cu kabi ijobiy metall ionlari²⁺ qatlamda katodga yotqiz. Buning shartlari elektrokaplama, elektrokimyoviy va elektrni qayta ishlash.
Ion neytral bo'lmasdan elektronlarni yutqazganda yoki yo'qotganda, uning jarayonida elektron zaryadi o'zgaradi.
Masalan, sho'r suvning elektrolizi vodorod va xlor gazlarini hosil qiladi, ular elektrolitdan pufakchalanadi va to'planadi. Dastlabki umumiy reaktsiya quyidagicha:
2 NaCl + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂ + Cl₂
Anoddagi reaktsiya xlor ionlaridan xlor gaziga olib keladi:
2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻
Katoddagi reaktsiya natijasida vodorod gazi va gidroksidi ionlari hosil bo'ladi:
2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻
Elektrodlar orasidagi bo'linmasdan, OH⁻ Katodda hosil bo'lgan ionlar elektrolit bo'ylab anodga tarqalishi uchun bepul. Sifatida elektrolit ko'proq bo'ladi Asosiy OH ishlab chiqarish tufayli⁻, kamroq Cl₂ u anodda gipoxlorit hosil qiluvchi gidroksid bilan reaksiyaga kirisha boshlaganda eritmadan chiqadi:
Cl₂ + 2 NaOH → NaCl + NaClO + H₂O
Ko'proq imkoniyat Cl₂ eritmada NaOH bilan o'zaro ta'sir qilishi kerak, shuncha kam Cl₂ eritma yuzasida paydo bo'ladi va gipoxlorit ishlab chiqarish tezroq rivojlanadi. Bu eritma harorati, Cl vaqti kabi omillarga bog'liq₂ molekula eritma va NaOH kontsentratsiyasi bilan aloqada.
Xuddi shu tarzda, gipoxlorit kontsentratsiyasi oshgani sayin, ulardan xloratlar ishlab chiqariladi:
3 NaClO → NaClO₃ + 2 NaCl
Kabi boshqa reaktsiyalar sodir bo'ladi suvning o'z-o'zini ionlashtirishi va gipoxloritning katodda parchalanishi, ikkinchisining tezligi kabi omillarga bog'liq diffuziya va elektrolit bilan aloqa qiladigan katotning sirt maydoni.^[19]
Parchalanish salohiyati
Parchalanish potentsiali yoki parchalanish kuchlanishi minimal kuchlanishni anglatadi (farq elektrod potentsiali ) o'rtasida anod va katod elektroliz sodir bo'lishi uchun zarur bo'lgan elektrolitik hujayraning.^[20]
Elektroliz termodinamik jihatdan afzal bo'lgan kuchlanish, yordamida hisoblangan elektrod potentsiallarining farqidir Nernst tenglamasi. Qo'shimcha kuchlanishni qo'llash, deyiladi haddan tashqari potentsial, reaktsiya tezligini oshirishi mumkin va ko'pincha termodinamik qiymatdan yuqori bo'lishi kerak. Kabi gazlarni o'z ichiga olgan elektroliz reaktsiyalari uchun ayniqsa zarurdir kislorod, vodorod yoki xlor.
Elektrodlarda oksidlanish va qaytarilish
Oksidlanish ionlari yoki neytral molekulalar anod. Masalan, anodda temir ionlarini temir ionlariga oksidlash mumkin:
Fe²⁺
(aq) → Fe³⁺
(aq) + e⁻
Kamaytirish ionlari yoki neytral molekulalar katod. Kamaytirish mumkin ferricyanide ionlari ferrotsianid katoddagi ionlar:
Fe (CN)^3-
₆ + e⁻ → Fe (CN)^4-
₆
Neytral molekulalar elektrodlarning har ikkalasida ham reaksiyaga kirishishi mumkin. Masalan: p-benzoxinon katodda gidrokinongacha kamayishi mumkin:
+ 2 e⁻ + 2 H⁺ → 
Oxirgi misolda H⁺ ionlar (vodorod ionlari) ham reaksiyada qatnashadi va ularni eritmadagi kislota yoki erituvchining o'zi (suv, metanol va boshqalar) beradi. H ni o'z ichiga olgan elektroliz reaktsiyalari⁺ ionlari kislotali eritmalarda juda keng tarqalgan. Suvli gidroksidi eritmalarda OH ishtirokidagi reaktsiyalar⁻ (gidroksid ionlari) keng tarqalgan.
Ba'zida erituvchilarning o'zi (odatda suv) elektrodlarda oksidlanadi yoki kamayadi. Hatto gazlarni o'z ichiga olgan elektrolizga ega bo'lish mumkin, masalan. yordamida gaz diffuzion elektrod.
Elektroliz paytida energiya o'zgaradi
Qo'shilishi kerak bo'lgan elektr energiyasining miqdori o'zgarishga teng Gibbs bepul energiya reaksiya va tizimdagi yo'qotishlar. Zararlar (nazariy jihatdan) o'zboshimchalik bilan nolga yaqin bo'lishi mumkin, shuning uchun maksimal termodinamik samaradorlik teng entalpiya o'zgarish reaktsiyaning erkin energiya o'zgarishiga bo'linadi. Ko'pgina hollarda, elektr energiyasi reaktsiyasi entalpiyaning o'zgarishiga qaraganda kattaroqdir, shuning uchun ba'zi energiya issiqlik shaklida chiqariladi. Ba'zi hollarda, masalan, ning elektrolizida bug ' yuqori haroratda vodorod va kislorodga, aksincha va issiqlik energiyasi so'riladi. Bu issiqlik atrofdan so'riladi va isitish qiymati ishlab chiqarilgan vodorodning elektr energiyasidan yuqori.
O'zgarishlar
Pulsatsiyalanuvchi oqim natijalar DC dan farqli mahsulotlarga olib keladi. Masalan, pulsatsiya koeffitsientini oshiradi ozon suyultirilgan oltingugurt kislotasi kabi suvli kislotali eritmaning elektrolizida anodda hosil bo'lgan kislorodga. Impulsli oqim bilan etanolning elektrolizida asosan kislota o'rniga aldegid rivojlanadi.
Tegishli texnikalar
Quyidagi texnikalar elektroliz bilan bog'liq:

•