ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электролиз воды с получением водорода, кислорода и тяжелой воды из "Электрохимическая технология неорганических веществ" Электрохимический процесс осуществляют в электрохимических устройствах. Если какие-либо химические вещества получают при пропускании через раствор или расплав электролита электрического тока от внешнего источника, то электрохимическое устройство называют электролизером. Если же с помощью электрохимического устройства вырабатывают электрическую энергию, то такое устройство называют гальваническим элементом или химическим источником тока (ХИТ). Любое электрохимическое устройство включает одну или несколько электрохимических ячеек, в которых размещаются электроды, электролит и, при необходимости, разделительные перегородки диафрагмы, мембраны, сепараторы. Конструкция электрохимической ячейки определяется ее функциональным назначением, размерами, условиями эксплуатации. [c.6] Электроды. Основной частью любого электрохимического устройства являются электроды — проводники с электронной проводимостью, имеющие различную конфигурацию (плоские сплошные пластины, перфорированные пластины, цилиндрические и др.), контактирующие с электролитом. На поверхности электродов протекают электродные электрохимические реакции, т. е. реакции, связанные с переходом электронов между электродом и частицами раствора (расплава) электролита. [c.6] Электрод, на котором в результате электродной реакции появляются электроны, отводимые во внешнюю цепь, называется анодом. К такому электроду в процессе электролиза или при работе гальванического элемента в растворе (расплаве) электролита происходит перемещение отрицательно заряженных ионов — анионов. [c.6] Электрод, который при протекании электродной реакции отдает электроны разряжающимся частицам (ионам) раствора (расплава), называется катодом. К такому электроду при протекании в электрохимическом устройстве электрохимического процесса перемещаются заряженные положительно ионы электролита — катионы. [c.6] В электролизерах для подвода тока к электродам используют специальные токоподводы — металлические проводники, соединяющие анод с положительным полюсом источника постоянного тока, а катод — с отрицательным. [c.6] В зависимости от типа протекающего электродного процесса различают растворимые и нерастворимые аноды. Растворимые аноды, используемые, например, при электрорафинировании металлов, в процессе электролиза обогащают раствор ионами материала анода, т. е. растворяются. При получении различных химических продуктов путем электрохимических превращений содержащихся в растворе или расплаве электролита веществ используют нерастворимые, стабильные аноды, на поверхности которых протекает анодный электродный процесс, в то время как геометрические размеры и свойства самих анодов остаются постоянными. К нерастворимым анодам могут быть отнесены никелевые аноды в щелочных средах, платиновые аноды в щелочных, хлоридных и сернокислых средах, графитовые аноды в концентрированных солянокислых и расплавленных средах, свинцовые аноды в сульфатных средах. [c.7] Устойчивость и высокая электрохимическая активность стабильных анодов, как правило, обусловливаются образованием на их поверхности оксидов различного состава. [c.7] Катоды. Катоды, так же как и аноды, в процессе электролиза могут оставаться стабильными либо изменять свои размеры и состав. [c.7] При выделении водорода, протекании электродной реакции восстановления компонентов раствора без выделения твердой фазы на электроде используют стабильные катоды, материал которых определяется характером протекающего электродного процесса и составом раствора или расплава электролита. [c.7] Достаточно широко, например при электролизе растворов хлоридов с выделением на катоде водорода, в качестве материала катода используют малолегированные стали. В щелочных, не содержащих ионов хлора,, растворах для катода можно использовать никель. В ряде случаев катоды изготавливают из титана. [c.7] Примером процесса электролиза, при котором катоды изменяют свои размеры, может служить электрорафинирование таких металлов, как медь, никель. [c.7] Наряду с твердыми металлическими катодами в техническом электролизе находят применение жидкометаллические, например из ртути. При электролизе растворов солей на жидкометаллическом ртутном катоде происходит разряд ионов металла соли с образованием сплава этого металла и ртути. При последующей обработке сплава возможно получение весьма чистых соединений выделенного при электролизе металла и отделение ртути, возвращаемой на электролиз. [c.7] В химических источниках тока с жидким электролитом с целью разделения разнополюсных электродов и предотвращения их замыкания и осыпания, снижения переноса растворенных активных веществ от электрода к электроду и уменьшения саморазряда гальванического элемента обычно устанавливают специальные диафрагмы, так называемые сепараторы. [c.8] Для надежного выполнения своих функций диафрагмы должны изготавливаться из достаточно химически стойкого материала и обладать определенными характеристиками пористостью, протекаемостью, удельным электрическим сопротивлением. [c.8] Пористость диафрагмы в зависимости от материала и метода изготовления может меняться в широких пределах — от 0,2 до 0,65, коэффициент извилистости пор — от 1,0 до 1,5, толщина диафрагмы — от 0,1 до 3,5 мм. Диафрагмы условно делят на крупнопористые (с размером пор более 100 мкм) и мелкопористые (с порами менее 100 мкм). [c.8] Удельное электрическое сопротивление диафрагм рд характеризуется сопротивлением раствора электролита, пропитывающего диафрагму с единичной поверхностью, и зависит от состава раствора. [c.9] Наряду с разделительными диафрагмами, в отдельных случаях при электролизе водных растворов, например при электролитическом получении хлора и гидроксида натрия, при электрорафинировании никеля используют фильтрующие диафрагмы, через которые раствор электролита протекает от одного электрода к другому, чтобы максимально затруднить проникновение тех или иных компонентов раствора навстречу потоку через диафрагму и тем самым обеспечить чистоту электродных продуктов и их высокий электродный выход по току. [c.9] В водных растворах в качестве диафрагмы используют материалы на основе асбеста, пористые полимерные материалы, например на основе поливинилхлорида, ткани. В расплавленных электролитах находят применение диафрагмы из керамики. В отдельных случаях в расплавленных электролитах для разделения электродных продуктов применяют металлические сетки. [c.9] Если в результате диссоциации ионогенных групп образуются свободные катионы — мембрана называется катионообменной, если образуются анионы — анионообменной. [c.9] Раствор, пропитывающий ионообменную мембрану, имеет большую, чем в диафрагме концентрацию ионов и электрический заряд, обусловленный присутствием нротивоионов мембраны. Благодаря наличию в пропитывающем мембрану растворе избытка ионов определенного знака ионообменная мембрана в электрическом поле пропускает ионы преимущественно этого знака, что позволяет использовать ее в процессах электролиза при получении продуктов повышенной чистоты. [c.10] Вернуться к основной статье