Tietyn kaasun ilmaantumisen vuoksi, joka aiheuttaa välittömän polttavan yskän. Tämä artikkeli on tämän kaasun tunniste. Artikkeli on täynnä kaavoja; kaavojen määrä johtuu sekä itse elektrolyysiprosessin että itse ruosteen ei-triviaalista luonteesta. Kemistit ja kemianinsinöörit, auttakaa saattamaan artikkeli täysin yhteen todellisuuden kanssa; se on sinun velvollisuutesi: pitää huolta ”pikkuveljistäsi” kemiallisen vaaran sattuessa.

Olkoon rautaa Fe 0:
- jos maapallolla ei olisi vettä, niin happea saapuisi ja muodostuisi oksideja: 2Fe + O 2 = 2FeO (musta). Oksidi hapettuu edelleen: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (puna-ruskea). FeO 2:ta ei ole olemassa, se on koululaisten keksintö; mutta Fe 3 O 4 (musta) on melko todellinen, mutta keinotekoinen: syötetään tulistettua höyryä raudalle tai pelkistetään Fe 2 O 3 vedyllä noin 600 asteen lämpötilassa;
- mutta maapallolla on vettä - sen seurauksena sekä raudalla että rautaoksidilla on taipumus muuttua emäkseksi Fe(OH) 2 (valkoinen?!. Ilmassa tummuu nopeasti - eikö olekin alla oleva kohta): 2Fe + 2H 2O + O 2 = 2Fe(OH)2, 2FeO + H20 = 2Fe(OH)2;
- se on vielä pahempaa: maapallolla on sähköä - kaikki nimetyt aineet pyrkivät muuttumaan emäkseksi Fe(OH) 3 (ruskea) kosteuden ja potentiaalieron vuoksi (galvaaninen pari). 8Fe(OH)2 + 4H2O + 2O2 = 8Fe(OH)3, Fe203 + 3H20 = 2Fe(OH)3 (hidas). Eli jos rautaa varastoidaan kuivassa asunnossa, se ruostuu hitaasti, mutta pitää kiinni; kosteuden lisääminen tai kasteleminen pahentaa sitä, mutta sen kiinnittäminen maahan on todella huonoa.

Elektrolyysiliuoksen valmistaminen on myös mielenkiintoinen prosessi:
- Ensin analysoidaan liuosten valmistukseen käytettävissä olevat aineet. Miksi sooda ja vesi? Sodatuhka Na 2 CO 3 sisältää metallia Na, joka on paljon vedystä vasemmalla useissa sähköisissä potentiaaleissa - tämä tarkoittaa, että elektrolyysin aikana metalli ei pelkisty katodissa (liuoksessa, mutta ei sulassa) ja vesi hajoaa vedyksi ja hapeksi (liuoksessa). Liuosreaktiosta on vain 3 muunnelmaa: vedystä voimakkaasti vasemmalla olevat metallit eivät pelkisty, vedystä heikosti vasemmalla olevat metallit pelkistyvät H 2:n ja O 2:n vapautuessa, ja vedyn oikealla puolella olevat metallit pelkistyvät. katodilla. Tässä se on, osien pinnan kuparipinnoitus CuSo 4 -liuoksessa, galvanointi ZnCl 2:ssa, nikkelipinnoitus NiSO 4 + NiCl 2:ssa jne.;
- laimenna sooda veteen rauhallisessa paikassa, hitaasti ja hengittämättä. Älä revi pakkausta käsin, vaan leikkaa se saksilla. Tämän jälkeen sakset on asetettava veteen. Mikä tahansa neljästä soodatyypistä (ruokasooda, sooda, pesusooda, kaustinen sooda) poistaa kosteuden ilmasta; sen säilyvyys määräytyy olennaisesti kosteuden kerääntymisen ja paakkuuntumisen ajan mukaan. Eli lasipurkissa säilyvyys on ikuinen. Myös mikä tahansa sooda tuottaa natriumhydroksidiliuosta, kun se sekoitetaan veteen ja elektrolyysi, eroaa vain NaOH:n pitoisuudesta;
- sooda sekoitetaan veteen, liuos muuttuu sinertäväksi. Vaikuttaa siltä, ​​että kemiallinen reaktio on tapahtunut, mutta ei: kuten pöytäsuolan ja veden tapauksessa, liuoksella ei ole kemiallista reaktiota, vaan vain fyysistä: kiinteän aineen liukeneminen nestemäiseen liuottimeen ( vesi). Voit juoda tämän liuoksen ja saada lievän tai kohtalaisen myrkytyksen - ei mitään kuolemaan johtavaa. Tai haihduta ja ota sooda takaisin.

Anodin ja katodin valinta on kokonaisuus:
- anodi kannattaa valita kiinteäksi inertiksi materiaaliksi (jotta se ei pilaa, mukaan lukien hapesta, eikä osallistu kemiallisiin reaktioihin) - siksi ruostumaton teräs toimii sellaisenaan (luin paljon harhaoppeja Internetissä ja melkein myrkytettiin);
- katodi on puhdasta rautaa, muuten ruoste toimii sähköpiirin liian suurena vastuksena. Jotta puhdistettava silitysrauta asetetaan kokonaan liuokseen, se on juotettava tai ruuvattava johonkin toiseen rautaan. Muuten rautapitimen metalli itse osallistuu ratkaisuun ei-inerttinä materiaalina ja piirin pienimmän vastuksen omaavana osana (metallien rinnakkaiskytkentä);
- ei vielä määritelty, mutta virtaavan virran ja elektrolyysin nopeuden pitäisi olla riippuvaisia ​​anodin ja katodin pinta-alasta. Eli yksi M5x30 ruostumattomasta teräksestä valmistettu pultti ei välttämättä riitä poistamaan nopeasti ruostetta auton ovesta (elektrolyysin täyden potentiaalin hyödyntämiseksi).

Otetaan esimerkkinä inertti anodi ja katodi: otetaan huomioon vain sinisen liuoksen elektrolyysi. Heti kun jännite kytketään, liuos alkaa muuttua lopulliseksi liuokseksi: Na 2 CO 3 + 4H 2 O = 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2 . NaOH - natriumhydroksidi - hullu alkali, kaustinen sooda, Freddy Krueger painajaisessa: tämän kuivan aineen pieninkin kosketus kosteisiin pintoihin (iho, keuhkot, silmät jne.) aiheuttaa helvetillistä kipua ja nopeaa palautumatonta (mutta lievissä tapauksissa toipuvaa) palovammoja) ) vaurioita. Onneksi natriumhydroksidi liuotetaan hiilihappoon H 2CO 3 ja veteen; kun vedy katodilla ja happi anodilla lopulta haihduttavat vettä, NaOH:n maksimipitoisuus muodostuu hiilihapossa. Älä ehdottomasti juo tai haista tätä liuosta, etkä myöskään saa pistää sormiasi sisään (mitä pidempi elektrolyysi, sitä enemmän se palaa). Voit puhdistaa putkia sillä samalla kun ymmärrät sen korkean kemiallisen aktiivisuuden: jos putket ovat muovia, voit pitää niitä 2 tuntia, mutta jos ne ovat metallisia (muuten maadoitettuja), putket alkavat syödä: Fe + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2, Fe + H2CO3 = FeCO3 + H2.

Tämä on ensimmäinen mahdollisista tukahduttavan "kaasun" syistä, fysikaalinen ja kemiallinen prosessi: ilman kyllästäminen väkevällä kaustisen soodan liuoksella hiilihapossa (hapen ja vedyn kiehuvat kuplat kantajina). 1800-luvun kirjoissa hiilihappoa käytetään myrkyllisenä aineena (suuria määriä). Tästä syystä kuljettajat, jotka asentavat akun autoon, saavat rikkihapon vaurioita (olennaisesti sama elektrolyysi): voimakkaasti tyhjentyneen akun ylivirtaprosessin aikana (autossa ei ole virtarajaa) elektrolyytti kiehuu hetken, rikkihappo tulee ulos hapen ja vedyn mukana matkustamoon. Jos huone on tehty täysin tiiviiksi happi-vety-seoksen (räjähdysherkän kaasun) vuoksi, voit saada hyvän pamauksen huoneen tuhoutuessa. Video näyttää bang miniatyyrinä: vesi hajoaa sulan kuparin vaikutuksesta vedyksi ja hapeksi ja metalli on yli 1100 astetta (voin kuvitella kuinka täysin täynnä sitä huone haisee)... NaOH:n hengittämisen oireista: syövyttävä, polttava tunne, kipeä kurkku, yskä, hengitysvaikeudet, hengenahdistus; oireet voivat viivästyä. Tuntuu ihan sopivalta.
...samaan aikaan Vladimir Vernadski kirjoittaa, että elämä maan päällä on mahdotonta ilman veteen liuotettua hiilihappoa.

Vaihdamme katodin ruosteiseen rautapalaan. Kokonainen sarja hauskoja kemiallisia reaktioita alkaa (ja tässä se on, borssi!):
- ruoste Fe(OH) 3 ja Fe(OH) 2 emäksinä alkavat reagoida hiilihapon kanssa (vapautuu katodista) muodostaen sideriittiä (punaruskea): 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3 = 6H 20 + Fe2(CO3)3, Fe(OH)2 + H2CO3 = FeCO3 + 2 (H20). Rautaoksidit eivät osallistu reaktioon hiilihapon kanssa, koska ei ole voimakasta lämpöä, ja happo on heikkoa. Elektrolyysi ei myöskään vähennä rautaa katodissa, koska nämä emäkset eivät ole ratkaisu, ja anodi ei ole rautaa;
- kaustinen sooda emäksenä ei reagoi emästen kanssa. Tarvittavat olosuhteet Fe(OH) 2:lle (amfoteerinen hydroksidi): NaOH>50 % + kiehuva typpiatmosfäärissä (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). Tarvittavat olosuhteet Fe(OH) 3:lle (amfoteerinen hydroksidi): fuusio (Fe(OH) 3 + NaOH = NaFeO 2 + 2H 2 O). Tarvittavat olosuhteet FeO:lle: 400-500 astetta (FeO+4NaOH=2H 2 O+Na 4 FeO 3). Tai ehkä FeO:lla on reaktio? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - mutta vain 400-500 asteen lämpötilassa. Okei, ehkä natriumhydroksidi poistaa osan raudasta ja ruoste vain putoaa? Mutta tässä on hämmennystä: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 - mutta keitettäessä typpiatmosfäärissä. Miksi ihmeessä kaustinen soodaliuos ilman elektrolyysiä poistaa ruostetta? Mutta se ei poista sitä millään tavalla (valutasin kirkkaan kaustisen soodaliuoksen Auchanista). Se poistaa rasvan, ja minun tapauksessani se liuotti Matiz-palalla maalin ja pohjamaalin (pohjusteen kestävyys NaOH:lle on sen suorituskykyominaisuuksissa) - mikä paljasti puhtaan rautapinnan, ruoste yksinkertaisesti katosi. Johtopäätös: soodaa tarvitaan vain hapon tuottamiseen elektrolyysillä, joka puhdistaa metallin ja ottaa ruostetta kiihtyvällä vauhdilla; Natriumhydroksidi ei näytä olevan hyödytöntä (mutta reagoi katodissa olevien roskien kanssa puhdistaen sen).

Tietoja kolmannen osapuolen aineista elektrolyysin jälkeen:
- liuos muutti väriään ja "likaantui": reagoineiden emästen kanssa Fe(OH) 3, Fe(OH) 2;
- musta plakki silitysraudassa. Ensimmäinen ajatus: rautakarbidi Fe 3 C (trirautakarbidi, sementiitti), liukenematon happoihin ja happeen. Mutta ehdot eivät ole samat: sen saamiseksi sinun on käytettävä 2000 asteen lämpötilaa; ja kemiallisissa reaktioissa ei ole vapaata hiiltä, ​​joka liittyisi rautaan. Toinen ajatus: yksi rautahydrideistä (raudan kyllästäminen vedyllä) - mutta tämä on myös väärin: saamisen edellytykset eivät ole samat. Ja sitten se tuli: rautaoksidi FeO, emäksinen oksidi ei reagoi hapon tai natriumhydroksidin kanssa; sekä Fe2O3. Ja amfoteeriset hydroksidit sijaitsevat kerroksissa tärkeimpien oksidien yläpuolella, suojaten metallia hapen tunkeutumiselta (ne eivät liukene veteen, mikä estää veden ja ilman pääsyn FeO:hen). Voit laittaa puhdistetut osat sitruunahappoon: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 = 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (erityistä huomiota hiilimonoksidin vapautumiseen ja siihen, että happo ja metalli syövät kosketuksessa) - ja FeO poistetaan tavallisella harjalla. Ja jos lämmität hiilimonoksidin korkeampaa oksidia palamatta, se vähentää rautaa: Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 ;
- valkoiset hiutaleet liuoksessa: tietyt suolat, jotka eivät liukene elektrolyysin aikana joko veteen tai happoon;
- muut aineet: rauta on aluksi ”likainen”, vettä ei aluksi tislata, anodin liukeneminen.

Toinen tukehtuvan "kaasun" mahdollisista syistä on fysikaalinen ja kemiallinen prosessi: rauta ei yleensä ole puhdasta - galvanoinnin, pohjamaalin ja muiden vieraiden aineiden kanssa; ja vesi - mineraaleilla, sulfaatteilla jne. Niiden reaktio elektrolyysin aikana on arvaamaton; mitä tahansa voi vapautua ilmaan. Kuitenkin kappaleeni oli niin pieni (0,5x100x5) ja vesijohtovesi (huonosti mineralisoitunut) - tämä syy on epätodennäköinen. Myös ajatus vieraiden aineiden läsnäolosta itse soodassa on kadonnut: vain tämä on ilmoitettu pakkauksessa.

Kolmas mahdollinen tukehtuvan kaasun syy on kemiallinen prosessi. Jos katodi palautetaan, anodi on tuhottava hapettamalla, jos se ei ole inertti. Ruostumaton teräs sisältää noin 18 % kromia. Ja tämä kromi, kun se tuhoutuu, pääsee ilmaan kuusiarvoisena kromina tai sen oksidina (CrO 3, kromianhydridi, punertava - puhumme siitä myöhemmin), vahva myrkky ja karsinogeeni, jolla on viivästynyt keuhkosyövän katalyysi. Tappava annos 0,08g/kg. Sytyttää bensiinin huoneenlämpötilassa. Vapautuu ruostumattoman teräksen hitsauksessa. Pelottavaa on, että oireet ovat samat kuin natriumhydroksidi hengitettynä; ja natriumhydroksidi vaikuttaa jo vaarattomalta eläimeltä. Ainakin keuhkoastman tapausten kuvausten perusteella sinun on työskenneltävä katontekijänä 9 vuotta hengittäen tätä myrkkyä; kuitenkin on kuvattu selkeä viivästynyt vaikutus - eli se voi ampua sekä 5 että 15 vuotta yhden myrkytyksen jälkeen.

Kuinka tarkistaa, onko ruostumattomasta teräksestä vapautunut kromia (missä - kysymys jää). Reaktion jälkeen pultista tuli kiiltävämpi verrattuna samaan pulttiin samasta erästä - huono merkki. Kuten kävi ilmi, ruostumaton teräs on niin kauan kuin kromioksidia on olemassa suojaavan pinnoitteen muodossa. Jos kromioksidi tuhoutui hapettuessa elektrolyysin aikana, se tarkoittaa, että tällainen pultti ruostuu voimakkaammin (vapaa rauta reagoi, ja sitten koskemattomassa ruostumattomassa teräksessä oleva kromi hapettuu CrO:ksi). Siksi loin kaikki olosuhteet kahdelle pultille ruostua: suolavesi ja liuoksen lämpötila 60-80 astetta. Ruostumaton teräs luokka A2 12Х18Н9 (Х18Н9): sisältää 17-19 % kromia (ja ruostumattomissa rauta-nikkeli-seoksissa kromia on vielä enemmän, jopa ~35 %). Yksi pulteista on ruostunut useista kohdista, kaikki kohdat ruostumattoman teräksen ja liuoksen kosketusalueella! Punaisin on kosketuslinjalla liuoksen kanssa.

Ja onnellisuuteni on, että virran voimakkuus oli silloin vain 0,15A elektrolyysin aikana, keittiö oli kiinni ja ikkuna siinä oli auki. Se jäi selvästi mieleeni: jätä ruostumaton teräs pois elektrolyysistä tai tee se avoimella alueella ja etäällä (ei ole ruostumatonta terästä ilman kromia, tämä on sen seosaine). Koska ruostumaton teräs EI ole inertti anodi elektrolyysin aikana: se liukenee ja vapauttaa myrkyllistä kromioksidia; sohvakemistit, osukaa seinään, ennen kuin joku kuolee neuvoihinne! Kysymys on edelleen: missä muodossa, kuinka paljon ja missä; mutta kun otetaan huomioon puhtaan hapen vapautuminen anodilla, CrO hapettuu jo välituoteoksidiksi Cr 3 O 2 (myös myrkyllinen, MPC 0,01 mg/m 3) ja sitten korkeammaksi oksidiksi CrO 3: 2Cr 2 O 3 + 3O 2 = 4Cr03. Jälkimmäinen jää oletukseksi (tarvittava emäksinen ympäristö on läsnä, mutta tämä reaktio vaatii korkeaa lämpöä), mutta on parempi olla varmuudella. Jopa veri- ja virtsakokeita kromille on vaikea tehdä (ei sisälly hinnastoihin, ei edes laajennettuun yleiseen verikokeeseen).

Inertti elektrodi - grafiitti. Sinun on mentävä johdinautoasemalle ja poistettava käytöstä poistetut harjat. Koska jopa Aliexpressissä se on 250 ruplaa per pin. Ja tämä on halvin inertistä elektrodeista.

Ja tässä on toinen todellinen esimerkki, kun sohvaelektroniikka johti aineellisiin tappioihin. Ja oikeaan tietoon, todellakin. Kuten tässä artikkelissa. Sohvan tyhjäkäynnin edut? - epätodennäköistä, ne aiheuttavat tuhoa; ja sinun on pyyhittävä niiden jälkeen.

Olen taipuvainen tukehtuvan "kaasun" ensimmäiseen syyyn: natriumhydroksidin hiilihapossa olevan liuoksen haihduttamiseen ilmaan. Koska kromioksidien kanssa he käyttävät letkukaasunaamioita mekaanisella ilmansyötöllä - olisin tukehtunut säälittävään RPG-67: ään, mutta siinä oli huomattavasti helpompi hengittää aivan episentrumissa.
Kuinka tarkistaa, onko ilmassa kromioksidia? Aloita veden hajoamisprosessi puhtaassa soodan liuoksessa grafiittianodilla (poimi se kynästä, mutta joka lyijykynä ei sisällä puhdasta grafiittitankoa) ja rautakatodilla. Ja riski hengittää ilmaa keittiössä uudelleen 2,5 tunnin kuluttua. Looginen? Melkein: kaustisen soodan ja kuudenarvoisen kromioksidin oireet ovat identtiset - kaustisen soodan esiintyminen ilmassa ei todista kuudenarvoisen kromihöyryn puuttumista. Kuitenkin hajun puuttuminen ilman ruostumatonta terästä osoittaa selvästi kuusiarvoisen kromin läsnäolon. Tarkistin, siellä oli hajua - toivoa sisältävä lause "Hurraa! Hengitin kaustista soodaa, en kuusiarvoista kromia!" Voit kertoa vitsejä.

Mitä muuta unohdit:
- Miten happo ja alkali esiintyvät yhdessä astiassa? Teoriassa suolan ja veden pitäisi ilmestyä. Tässä on hyvin hienovarainen kohta, joka voidaan ymmärtää vain kokeellisesti (en ole testannut sitä). Jos hajottaat kaiken veden elektrolyysin aikana ja eristät liuoksen sedimentin suoloista - vaihtoehto 2: jäljelle jää joko natriumhydroksidiliuos tai kaustinen sooda hiilihapolla. Jos jälkimmäistä on koostumuksessa, alkaa suolan vapautuminen normaaleissa olosuhteissa ja... kalsinoidun soodan saostuminen: 2NaOH + H 2 CO 3 = Na 2 CO 3 + 2H 2 O. Ongelmana on, että se liukenee vedessä heti - harmi, et voi maistaa sitä ja verrata sitä alkuperäiseen liuokseen: yhtäkkiä kaustinen sooda ei ole täysin reagoinut;
- Onko hiilihappo vuorovaikutuksessa itsensä raudan kanssa? Kysymys on vakava, koska... Hiilihapon muodostuminen tapahtuu juuri katodilla. Voit tarkistaa luomalla väkevämmän liuoksen ja suorittamalla elektrolyysin, kunnes ohut metallipala on täysin liuennut (ei ole tarkistanut). Elektrolyysi on hellävaraisempi menetelmä ruosteenpoistoon kuin happoetsaus;
- Mitä oireita räjähtävän kaasun hengittäminen aiheuttaa? Ei + ei hajua, ei väriä;
- Reagoivatko kaustinen sooda ja hiilihappo muovin kanssa? Suorita identtinen elektrolyysi muovi- ja lasiastioissa ja vertaa liuoksen sameutta ja säiliön pinnan läpinäkyvyyttä (en testannut lasilla). Muovi - on tullut vähemmän läpinäkyväksi paikoissa, jotka ovat kosketuksissa liuoksen kanssa. Nämä osoittautuivat kuitenkin suoloiksi, jotka oli helppo poistaa sormella. Siksi elintarvikemuovi ei reagoi liuoksen kanssa. Lasia käytetään väkevien emästen ja happojen varastointiin.

Jos olet hengittänyt paljon polttavaa kaasua, olipa kyseessä NaOH tai CrO 3, sinun on otettava ”unitioli” tai vastaava lääke. Ja yleinen sääntö pätee: riippumatta siitä, mitä myrkytystä tapahtuu, olipa sen vahvuus ja alkuperä, juo paljon vettä seuraavien 1-2 päivän aikana, jos munuaiset sallivat. Tehtävä: poistaa myrkky elimistöstä ja jos oksentelu tai yskäneritys ei tee tätä, anna maksalle ja virtsaelimille lisämahdollisuuksia tähän.

Ärsyttävintä on, että tämä kaikki on 9. luokan koulun opetussuunnitelmaa. Vittu, olen 31-vuotias - enkä läpäise Unified State -koetta...

Elektrolyysi on mielenkiintoinen, koska se kääntää aikaa taaksepäin:
- NaOH:n ja H 2 CO 3:n liuos normaaleissa olosuhteissa johtaa soodan muodostumiseen, mutta elektrolyysi kääntää tämän reaktion;
- rauta hapettuu luonnollisissa olosuhteissa, mutta pelkistyy elektrolyysin aikana;
- vedyllä ja hapella on tapana yhdistyä millään tavalla: sekoittuvat ilman kanssa, palavat ja muuttuvat vedeksi, imeytyvät tai reagoivat jonkin kanssa; elektrolyysi päinvastoin tuottaa erilaisten aineiden kaasuja puhtaassa muodossaan.
Paikallinen aikakone, ei vähempää: se palauttaa ainemolekyylien sijainnin alkuperäiseen tilaan.

Reaktiokaavojen mukaan jauhemaisen kaustisen soodan liuos on vaarallisempi sen muodostumisen ja elektrolyysin aikana, mutta tehokkaampi tietyissä tilanteissa:
- inerteille elektrodeille: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (liuos on puhtaan vedyn ja hapen lähde ilman epäpuhtauksia);
- reagoi voimakkaammin orgaanisten materiaalien kanssa, ei hiilihappoa (nopea ja halpa rasvanpoistoaine);
- jos otat rautaa anodina, se alkaa liueta anodilla ja pelkistyä katodilla, jolloin katodilla oleva rautakerros paksunee hiilihapon puuttuessa. Tämä on tapa palauttaa katodimateriaali tai päällystää se toisella metallilla, kun haluttua metallia ei ole käsillä. Ruosteenpoisto sujuu kokeilijoiden mukaan myös nopeammin, jos anodi on tehty raudasta soodan tapauksessa;
- mutta NaOH:n pitoisuus ilmassa haihdutuksen aikana on korkeampi (sinun on silti päätettävä, mikä on vaarallisempaa: hiilihappo kaustisella soodalla tai kosteus kaustisella soodalla).

Aiemmin kirjoitin koulutuksesta, että paljon aikaa menee hukkaan koulussa ja yliopistossa. Tämä artikkeli ei muuta tätä mielipidettä, koska tavallinen ihminen ei tarvitse elämässään matania, orgaanista kemiaa tai kvanttifysiikkaa (vain töissä, ja kun tarvitsin matania 10 vuotta myöhemmin, opin sen uudelleen, en muistanut mitään klo. kaikki). Mutta epäorgaaninen kemia, sähkötekniikka, fysikaaliset lait, venäjä ja vieraat kielet - tämän pitäisi olla etusijalla (meidän tulisi myös esitellä sukupuolten välisen vuorovaikutuksen psykologia ja tieteellisen ateismin perusteet). Nyt en opiskellut elektroniikkatieteellisessä tiedekunnassa; ja sitten bam, se tapahtui - ja opin käyttämään Visioa, ja opin MultiSimin ja joitain elementtimerkkejä jne. Vaikka olisin opiskellut psykologian tiedekunnassa, tulos olisi ollut sama: juuttunut elämään - pureskellut sitä - tajunnut sen. Mutta jos koulussa vahvistettaisiin luonnontieteiden ja kielten painotusta (ja nuorille selitettäisiin miksi sitä vahvistettiin), elämä olisi helpompaa. Sekä koulussa että kemian instituutissa puhuttiin elektrolyysistä (teoriasta ilman käytäntöä), mutta ei höyryjen myrkyllisyydestä.

Lopuksi esimerkki puhtaiden kaasujen valmistamisesta (käyttäen inerttejä elektrodeja): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. Eli ensin myrkytämme itsemme puhtaalla kloorilla ja sitten räjähdymme vedyllä (jälleen vapautuneiden aineiden turvallisuuteen). Jos olisi CuSO 4 -liuosta ja katodi olisi rautaa, metalli poistuisi emäksestä ja jättäisi happea sisältävän happaman jäännöksen SO4 2-, se ei osallistu reaktioihin. Jos hapan jäännös ei sisältäisi happea, se hajoaisi yksinkertaisiksi aineiksi (kuten voidaan nähdä esimerkissä C 1 - vapautuu Cl 2:na).

(lisätty 24.5.2016) Jos sinun täytyy keittää NaOH ruosteen kanssa niiden keskinäistä reaktiota varten - miksi ei? Typpeä ilmassa on 80 %. Ruosteenpoiston tehokkuus paranee merkittävästi, mutta silloin tämä prosessi on suoritettava ulkona.

Tietoja metallin hydrauksesta (lisääntynyt hauraus): En löytänyt kaavoja tai riittäviä mielipiteitä tästä aiheesta. Jos mahdollista, elektrolysoin metallia useita päiviä lisäämällä reagenssia ja koputan sitten vasaralla.

(lisätty 27.5.2016) Grafiitti voidaan poistaa käytetystä suolaparistosta. Jos se vastustaa itsepintaisesti purkamista, muuta sitä ruuvipuristimessa.

(lisätty 10.6.2016) Metallin hydraus: H + + e - = H adc. H-mainokset + H-mainokset = H 2, missä ADS on adsorptio. Jos metallilla on kyky välttämättömissä olosuhteissa liuottaa vetyä itsessään (se on luku!), silloin se liuottaa sen itsessään. Raudan esiintymisolosuhteita ei ole löydetty, mutta teräksen osalta ne on kuvattu A.V. Schraderin kirjassa. "Vedyn vaikutus kemian- ja öljylaitteisiin." Kuvassa 58 s. 108 on kaavio merkistä 12Х18Н10Т: ilmanpainetta vastaavassa paineessa ja 300-900 asteen lämpötilassa: 30-68 cm 3 /kg. Kuva 59 esittää muiden teräslaatujen riippuvuuksia. Teräksen hydrauksen yleinen kaava: K s = K 0 e -∆H/2RT, jossa K 0 on esieksponenttitekijä 1011 l/mol s, ∆H on teräksen liukenemislämpö ~1793K), R on yleiskaasuvakio 8,3144598 J/(mol · K), T - väliaineen lämpötila. Tämän seurauksena meillä on huoneenlämpötilassa 300 K Ks = 843 L/mol. Numero ei ole oikea, sinun on tarkistettava parametrit uudelleen.

(lisätty 12.6.2016) Jos kaustinen sooda ei ole vuorovaikutuksessa metallien kanssa ilman korkeaa lämpötilaa, se on turvallinen (metallille) rasvanpoistoaine kuormalavoille, ruukkuille ja muille tavaroille (rauta, kupari, ruostumaton teräs - mutta ei alumiini, teflon, titaani, sinkki).

Inspiraatiolla - selvennyksiä. Preeksponentiaalinen kerroin K 0 on välillä 2,75-1011 l/mol s, tämä ei ole vakioarvo. Sen laskenta ruostumattomalle teräkselle: 10 13 · C m 2/3, jossa C m on teräksen atomitiheys. Ruostumattoman teräksen atomitiheys 8 · 10 22 at/cm 3 - K 0 = 37132710668902231139280610806.786 at/cm 3 = - ja sitten kaikki on jumissa.

Jos tarkastellaan tarkasti Schraderin kaavioita, voit tehdä likimääräisen johtopäätöksen teräksen hydrauksesta HC:ssä (lämpötilan lasku 2 kertaa hidastaa prosessia 1,5-kertaisesti): noin 5,93 cm 3 /kg 18,75 celsiusasteessa - mutta tällaisen tilavuuden metalliin tunkeutumisaikaa ei ole ilmoitettu. Sukhotin A.M.:n kirjassa Zotikov V.S. "Materiaalien kemiallinen kestävyys. Käsikirja" sivulla 95 taulukossa 8 kertoo vedyn vaikutuksen terästen pitkäaikaislujuuteen. Sen avulla voidaan ymmärtää, että terästen hydraus vedyllä 150-460 ilmakehän paineessa muuttaa pitkän aikavälin lujuusrajaa enintään 1,5 kertaa 1000-10000 tunnin aikana. Siksi terästen hydrausta HC:ssä elektrolyysin aikana ei pidä pitää tuhoavana tekijänä.

(lisätty 17.6.2016) Hyvä tapa purkaa akku: älä litistä koteloa, vaan avaa se tulppaanisilmulla. Positiivisesta sisääntulosta taivuta sylinterin osia alas pala palalta - positiivinen tulo poistetaan, grafiittitanko paljastetaan - ja ruuvataan tasaisesti pihdeillä irti.

(lisätty 22.6.2016) Helpoimmin purettavat akut ovat Ashanov-akut. Ja sitten joissakin malleissa on 8 muoviympyrää grafiittitangon kiinnittämiseksi - siitä tulee vaikeaa vetää ulos ja se alkaa murentua.

(lisätty 7.5.2016) Yllätys: grafiittitanko hajoaa paljon nopeammin kuin metallianodi: kirjaimellisesti muutamassa tunnissa. Ruostumattoman teräksen käyttö anodina on optimaalinen ratkaisu, jos unohdat myrkyllisyyden. Johtopäätös tästä koko tarinasta on yksinkertainen: elektrolyysi tulisi suorittaa vain ulkoilmassa. Jos tässä roolissa on avoin parveke, älä avaa ikkunoita, vaan vie johdot kumitiivisteen läpi (paina vain johdot ovella). Ottaen huomioon elektrolyysin aikana virran 8A:iin asti (Internet-arvio) ja 1,5A:iin asti (kokemukseni) sekä PSU PC:n maksimijännite 24V, johtimen nimellisjännite on 24V/11A - tämä on mikä tahansa eristetty lanka, jonka poikkileikkaus on 0,5 mm 2.

Nyt rautaoksidista jo käsitellyssä osassa. On osia, joihin on vaikea päästä käsiksi mustien jäämien pyyhkimiseksi pois (tai kunnostettava kohde, kun pintaa ei voi hieroa rautaharjalla). Analysoidessani kemiallisia prosesseja törmäsin menetelmään sen poistamiseksi sitruunahapolla ja kokeilin sitä. Todellakin, se toimii myös FeO:n kanssa - plakki katosi/murtui 4 tunnin sisällä huoneenlämmössä ja liuos muuttui vihreäksi. Mutta tätä menetelmää pidetään vähemmän hellävaraisena, koska happo ja metalli syövät pois (ei voi ylivalottua, jatkuva seuranta). Lisäksi tarvitaan lopullinen huuhtelu soodaliuoksella: muuten jäljelle jäänyt happo syö ilmassa olevan metallin ja saat ei-toivotun pinnoitteen (saippuan naskali). Ja sinun on oltava varovainen: jos Fe 2 O 3:n kanssa vapautuu jopa 6CO:ta, niin sitä, mitä vapautuu FeO:n kanssa, on vaikea ennustaa (orgaaninen happo). Oletetaan, että FeO + C 6 H 8 O 7 = H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (rautasitraatin muodostuminen) - mutta vapauttan myös kaasua (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6) H 5O 7) 2 + 3H 2). He myös kirjoittavat, että sitruunahappo hajoaa valossa ja lämpötilassa - en löydä oikeaa reaktiota.

(lisätty 7.6.2016) Kokeilin sitruunahappoa paksulle ruostekerrokselle kynsille - se liukeni 29 tunnissa. Kuten odotin: sitruunahappo sopii erityisesti metallin jälkipuhdistukseen. Paksun ruosteen puhdistaminen: käytä suurta sitruunahappopitoisuutta, korkeaa lämpötilaa (kiehumiseen asti), säännöllistä sekoittamista - nopeuttaaksesi prosessia, mikä on hankalaa.

Käytännössä soodaliuos elektrolyysin jälkeen on vaikea regeneroida. Se ei ole selvä: lisää vettä tai lisää soodaa. Pöytäsuolan lisääminen katalyyttinä tappoi liuoksen kokonaan + grafiittianodi romahti vain tunnissa.

Yhteensä: karkea ruoste poistetaan elektrolyysillä, FeO syövytetään sitruunahapolla, osa pestään soodaliuoksella - ja saadaan lähes puhdasta rautaa. Kaasu reagoidessaan sitruunahapon kanssa - CO 2 (sitruunahapon dekarboksylaatio), tummanruskea pinnoite raudalla - rautasitraatti (se on helppo puhdistaa, ei suorita suojatoimintoja, liukenee lämpimään veteen).

Teoriassa nämä oksidien poistomenetelmät ovat ihanteellisia kolikoiden palauttamiseen. Ellei pienempiä liuospitoisuuksia ja pienempiä virtoja varten tarvita heikompia reagenssiosuuksia.

(lisätty 7.9.2016) Suoritettu kokeita grafiitilla. Sodan elektrolyysin aikana se tuhoutuu erittäin nopeasti. Grafiitti on hiiltä, ​​elektrolyysin aikana liuenneena se voi reagoida teräksen kanssa ja saostaa rautakarbidia Fe 3 C. 2000 asteen ehto ei täyty, mutta elektrolyysi ei ole NU.

(lisätty 10.7.2016) Kun kalsinoitua soodaa elektrolysoidaan grafiittisauvoilla, jännitettä ei saa nostaa yli 12 V. Pienempi arvo saattaa olla tarpeen - pidä silmällä grafiitin hajoamisaikaa jännitteelläsi.

(lisätty 17.7.2016) Löysi menetelmän paikalliseen ruosteenpoistoon.

(lisätty 25.7.2016) Sitruunahapon sijasta voit käyttää oksaalihappoa.

(lisätty 29.7.2016) Teräslaadut A2, A4 ja muut on kirjoitettu englanninkielisillä kirjaimilla: tuotu ja sanasta "austenitic".

(lisätty 11.10.2016) Osoittautuu, että on olemassa vielä yksi ruostetyyppi: rautametahydroksidi FeO(OH). Muodostuu, kun rauta haudataan maahan; Kaukasuksella he käyttivät tätä menetelmää ruostettaessa rautaa kyllästämään sitä hiilellä. 10-15 vuoden kuluttua tuloksena olevasta korkeahiilisestä teräksestä tuli sapelit.

Raudan (lue valuraudan ja teräksen) valmistaminen elektrolyysillä perinteisen sulatuksen sijaan voisi estää miljardin tonnin hiilidioksidin vapautumisen ilmakehään joka vuosi. Näin sanoo Donald Sadoway Massachusetts Institute of Technologysta (MIT), joka kehitti ja testasi "vihreää" menetelmää raudan valmistamiseksi sen oksidien elektrolyysillä.

Jos laboratoriossa esiteltyä prosessia laajennettaisiin, se voisi poistaa tavanomaisen sulatuksen tarpeen, joka vapauttaa ilmakehään lähes tonnin hiilidioksidia jokaista valmistettua terästonnia kohden.

Perinteisessä tekniikassa rautamalmi yhdistetään koksin kanssa. Koksi reagoi raudan kanssa tuottaen CO 2:ta ja hiilimonoksidia, jolloin jäljelle jää valuraudaksi kutsuttu rauta-hiiliseos, joka voidaan sitten sulattaa teräkseksi.

Sadowayn menetelmässä rautamalmi sekoitetaan liuottimen - piidioksidin ja poltetun kalkin - kanssa 1600 celsiusasteen lämpötilassa ja sähkövirta johdetaan seoksen läpi.

Negatiivisesti varautuneet happi-ionit siirtyvät positiivisesti varautuneelle anodille, josta happi poistuu. Positiivisesti varautuneet rauta-ionit siirtyvät negatiivisesti varautuneelle katodille, jossa ne pelkistyvät raudaksi, joka kerätään kennon pohjalle ja pumpataan ulos.

Samankaltaista prosessia käytetään alumiinin valmistuksessa (ja vaatii kohtuullisen määrän sähköä), jonka oksidi on niin stabiili, että sitä ei itse asiassa voida pelkistää hiilellä esimerkiksi valurautaa valmistavassa masuunissa. Ja on selvää, ettei terästeollisuudella ole koskaan ollut syytä siirtyä rautamalmin elektrolyysiin, koska se pelkistyy helposti hiilen vaikutuksesta.

Mutta jos hallitukset ympäri maailmaa alkavat periä korkeampia veroja kasvihuonekaasupäästöille – erityisesti hiilidioksidille –, uudesta valuraudan tuotantomenetelmästä voi tulla houkuttelevampi. On totta, että tällaisista laboratorioasennuksista teollisuuslaitoksiin, kuten tutkijat arvioivat, kestää 10-15 vuotta.

Kirjoittajan mukaan suurin este on käytännöllisen materiaalin löytäminen anodille. Kokeissaan hän käytti grafiitista valmistettua anodia. Mutta valitettavasti hiili reagoi hapen kanssa vapauttaen ilmaan yhtä paljon hiilidioksidia kuin normaalissa raudan sulatuksessa.

Esimerkiksi ihanteelliset platinaanodit ovat liian kalliita laajamittaiseen tuotantoon. Mutta ulospääsy voi olla - valittaessa joitain kestäviä metalliseoksia, jotka muodostavat oksidikalvon ulkopinnalleen, mutta johtavat silti sähköä. Myös sähköä johtavaa keramiikkaa voidaan käyttää.

Toinen ongelma on, että uusi prosessi kuluttaa paljon sähköä - noin 2 tuhatta kilowattituntia tuotettua rautatonnia kohden. Taloudellinen ja jopa ekologinen järke uudessa valuraudan valmistusmenetelmässä ilmenee siis vain sillä ehdolla, että tämä sähkö tuotetaan jollain ympäristöystävällisellä ja samalla halvalla tavalla ilman hiilidioksidipäästöjä. Menetelmän laatija itse myöntää tämän.

Pyrometallurgisella menetelmällä saatujen teknisesti puhtaan raudan teollisuuslaatujen (Armco-tyyppi) puhtausaste on 99,75-99,85 %. Tämän raudan sisältämien pääasiassa ei-metallisten epäpuhtauksien (C, O, S, P, N) poistaminen edelleen on mahdollista erityisellä uudelleensulatuksella korkeassa tyhjiössä tai hehkuttamalla kuivan vetyilmakehässä. Kuitenkin myös tällaisen käsittelyn jälkeen epäpuhtauspitoisuus saavuttaa 2000-1500 ppm rautaa pääepäpuhtauksien ollessa C, P, S, Mn ja O.
Korkeamman puhtausasteen rautaa saadaan elektrolyyttisillä ja kemiallisilla menetelmillä, mutta se vaatii myös monimutkaista lisäpuhdistusta.
Elektrolyyttisilla menetelmillä rautaa saadaan maltillisesti väkevöidyistä tai väkevöidyistä rautakloridin tai vastaavasti sulfaatin liuoksista matalilla virrantiheyksillä ja huoneenlämpötiloissa tai korkeissa tiheyksissä ja lämpötiloissa, jotka ovat luokkaa 100°.
Yhden menetelmän mukaan rauta saostettiin liuoksesta, jonka koostumus oli seuraava, g/l: 45-60 Fe2+ (FeCl2:n muodossa), 5-10 BaCl2 ja 15 NaHCOs. Anodeina käytettiin Armco- tai Ural-kattorautalevyjä ja katodeina puhdasta alumiinia. Elektrolyysi suoritettiin huoneenlämpötilassa ja virrantiheydellä 0,1 A/dm2. Saatiin karkeakiteisen rakenteen omaava sakka, joka sisälsi noin 0,01 % C, fosforijäämiä ja rikkitön.
Elektrolyyttisen raudan puhtaus riippuu elektrolyytin puhtaudesta ja anodimetallin puhtaudesta. Saostuksen aikana voidaan poistaa rautaa jaloisemmat epäpuhtaudet, kuten tina, sinkki ja kupari. Nikkeliä, kobolttia ja mangaania ei voida poistaa. Epäpuhtauksien kokonaispitoisuus elektrolyyttisessä raudassa on suunnilleen sama kuin kaupallisesti puhtaassa raudassa. Se sisältää yleensä huomattavan määrän happea (jopa 0,1-0 2%) sekä rikkiä (0,015-0,05%), jos saostus suoritettiin sulfaattihauteista.
Hapen poisto elektrolyyttisestä raudasta suoritetaan pelkistysprosesseilla: nestemäisen tai kiinteän metallin käsittely vedyllä tai sulatteen deoksidaatio tyhjiössä hiilellä. Hehkuttamalla kuivassa vetyvirrassa 900-1400°:ssa on mahdollista alentaa happipitoisuus 0,003 %:iin.
Erittäin puhtaan raudan saamiseksi puoliteollisessa mittakaavassa käytetään pelkistysmenetelmää vedyllä tyhjiösulatuslaitoksessa. Elektrolyyttisesta raudasta poistetaan ensin rikki mangaaniseostuksella kalkkifluorisälpäupokkaisessa hiilimonoksidiatmosfäärissä (rikkipitoisuus alennettu 0,01:stä 0,004 prosenttiin), sitten sula pelkistetään vedyllä puhaltamalla tai huuhtelemalla alumiinioksidiupokkaan. Samalla happipitoisuus pystyttiin alentamaan 0,004-0,001 prosenttiin. Metallien rikinpoisto voidaan suorittaa myös korkeassa tyhjiössä käyttämällä haihtuvia sulfideja muodostavien metallien (tina, antimoni, vismutti) sulatukseen lisäaineita. Deoksidoimalla sulatteen hiilellä suurtyhjiöuuneissa on mahdollista saada rautaa, jonka happi- ja hiilipitoisuus on jopa 0,002 %.
Alhaisemman happipitoisuuden omaavan raudan tuotantoa hapenpoistolla korkeassa tyhjiössä vaikeuttaa metallin vuorovaikutus upokkaan materiaalin kanssa, johon liittyy hapen siirtyminen metalliin. Parhaat upokasmateriaalit, jotka varmistavat minimaalisen hapensiirron, ovat ZrO2 ja ThO2.
Erittäin puhdasta rautaa saadaan myös karbonyylimenetelmällä pentakarbonyylistä Fe(CO)5 hajottamalla sitä 200-300°:ssa. Karbonyylirauta ei sisällä tavallisesti raudan mukana tulevia epäpuhtauksia - rikkiä, fosforia, kuparia, mangaania, nikkeliä, kobolttia, kromia, molybdeeniä, sinkkiä, piitä. Sen erityisiä epäpuhtauksia ovat hiili ja happi. Hapen läsnäolo johtuu syntyvän hiilidioksidin ja raudan välisistä sekundaarisista reaktioista. Hiilipitoisuus saavuttaa 1 %; se voidaan vähentää 0,03 %:iin lisäämällä pieni määrä ammoniakkia rautakarbonyylihöyryyn tai käsittelemällä rautajauhe vedyssä. Hiilen ja hapen poisto saadaan aikaan samoilla tyhjiösulatusmenetelmillä kuin elektrolyyttisessä raudassa.
Puhtainta rautaa voidaan saada kemiallisesti, mutta tämä menetelmä on erittäin monimutkainen ja mahdollistaa metallin saamisen pieninä määrinä. Kemiallisissa menetelmissä rautasuolojen puhdistamiseksi epäpuhtauksista Co, Ni, Cu, Cr, Mn käytetään uudelleenkiteyttämistä, saostusreaktioita tai epäpuhtauksien uuttamista saostamalla.
Yksi kemiallisista menetelmistä, jonka avulla on mahdollista saada erittäin puhdasta rautaa (vähemmän kuin 30-60 miljoonasosaa epäpuhtauksia), sisältää seuraavat peräkkäiset vaiheet:
1) FeCl3-kompleksin uuttaminen eetterillä 6-N HCl-liuoksesta vesiliuoksen regeneroinnilla ja sen jälkeen eetterin uutolla;
2) FeCl:iden pelkistys FeCl2:ksi erittäin puhtaalla raudalla;
3) FeCl2:n lisäpuhdistus kuparista käsittelemällä rikkireagenssilla ja sitten eetterillä;
4) metallin elektrolyyttinen saostus FeCl2-liuoksesta;
5) metallirakeiden hehkutus vedyssä (hapen ja hiilen poistamiseksi);
6) kompaktin raudan valmistus jauhemetallurgialla (puristaminen sauvoiksi ja sintraus vedyssä)
Viimeinen vaihe voidaan suorittaa upokkaattomalla vyöhykesulatuksella, mikä eliminoi tyhjiöprosessoinnin haitan - hapen siirtymisen upokkaasta metalliin.

14.06.2019

Avangardin taivutuskone raudoitusta varten. Taivutuslaitteiden, yksiköiden, laitteiden ja muiden laitteiden toimintaperiaate, suunnitteluominaisuudet ja yleiskuvaustiedot...

14.06.2019

Kun vaihdat pesualtaan keittiötilaan, hanan, kylpyammeen, ikkunoiden ja ovien asennuksen aikana tarjotaan tiivisteiden käyttöä. Nämä ovat erityisiä komposiittiaineita...

13.06.2019

Ruiskutuskaapin päätarkoitus on laadukas ja tasainen ajoneuvon maalaus. Sellaista menetelmää ei tietenkään voida kutsua...

13.06.2019

Almalykin kaivos- ja metallurginen yritys on aloittanut rautateiden rakentamiseen tähtäävän ohjelman toisen vaiheen toteuttamisen...

13.06.2019

Sorvaus on yksi tuotteen käsittelyn tyypeistä, jonka aikana vakiometalliaihio muunnetaan tarvittavaksi rakenne-elementiksi. Toteutukseen...

13.06.2019

Vuosien mittaan tässä maailmassa on ollut havaittavissa oleva suuntaus metallirakenteiden tuotannon lisäämiseen. Tällaisten rakenteiden merkittävä kysyntä liittyy niiden etuihin...

12.06.2019

Brasilialainen yhtiö Vale ilmoitti, että se aikoo osoittaa miljardi yhdeksänsataa miljoonaa dollaria poistaakseen ja lisätäkseen...

12.06.2019

Terassi tai, kuten ihmiset haluavat kutsua sitä, veranta, on jokaisen maalaistalon tärkein ominaisuus nykyään. Harva väittäisi, että hänellä on loistava...

12.06.2019

Tällä hetkellä ruostumattomasta teräksestä valmistetut tuotteet ovat valmiita tarjoamaan kuluttajille suuren määrän tuotteita, kuten ruostumattomia liitososia, kulmia, kuusikulmioita,...

Kun sähkövirta kulkee metallien (1. tyypin johtimien) läpi, kemiallisia reaktioita ei tapahdu ja metallit pysyvät muuttumattomina. Jos sähkövirta kulkee elektrolyytin sulan tai liuoksen läpi (2. tyypin johtimet), elektrolyytin ja metallijohtimen (elektrodin) rajalla tapahtuu erilaisia ​​kemiallisia reaktioita (elektrolyysi) ja muodostuu uusia yhdisteitä.

Elektrolyysi on joukko prosesseja, jotka tapahtuvat, kun sähkövirta kulkee sähkökemiallisen järjestelmän läpi, joka koostuu kahdesta elektrodista ja sulate- tai elektrolyyttiliuoksesta.

Elektrolyysin aikana kationit siirtyvät negatiiviselle elektrodille (katodille) ja anionit positiiviselle elektrodille (anodille). Tässä tapauksessa elektrolyytin kationit ja anionit eivät kuitenkaan aina purkaudu, ottavat vastaan ​​tai luovuttaen elektroneja. Elektrolyysireaktioihin liittyy usein liuotin-elektrolyytti, kuten vesi.

Olennainen ero galvaanisen kennon ja elektrolysaattorin reaktioiden välillä on vain niiden suunnassa ja spontaanisuudessa. Galvaanisen kennon suljetussa piirissä sähkökemiallinen reaktio tapahtuu spontaanisti, mutta elektrolysaattorissa se tapahtuu vain ulkoisesta lähteestä tulevan sähkövirran vaikutuksesta.

Sinun tulee kiinnittää huomiota elektrodien nimiin: galvaanisessa kennossa negatiivinen elektrodi on anodi ja positiivinen elektrodi on katodi; elektrolysaattorissa päinvastoin negatiivinen elektrodi on katodi ja positiivinen elektrodi on anodi.

On muistettava, että termit "negatiivinen" ja "positiivinen" viittaavat aina virtalähteen napoihin, joten ne viittaavat elektrolyysielektrodeihin. Yhteistä näille prosesseille on se, että sekä galvaanisessa kennossa että elektrolysaattorissa syntyy ylimäärä elektroneja negatiiviselle elektrodille ja elektronien puute positiiviselle elektrodille. Katodilla ionit tai molekyylit pelkistyvät elektronien vaikutuksesta, anodilla hiukkaset hapettuvat luovuttaen elektroninsa elektrodille.

Elektrolysaattorikationeissa (M n+) siirry katodille (–) ja anioneille (A n–) - anodille (+).

Hajoamisjännite elektrolyyttiä elektrolyysin aikana kutsutaan minimijännitteeksi (ulkoinen emf), joka on kohdistettava elektrodeihin. Esimerkiksi sinkkikloridiliuokselle standardiolosuhteissa:

Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = – 0,76 V,

Cl2+2 ē = 2Cl – φ° = + 1,36 V,

ja hajoamisjännite on yhtä suuri (absoluuttisesti mitattuna) molempien elektrodien standardielektrodipotentiaalien summan kanssa: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, ts. hajoamisjännite ei voi olla pienempi kuin vastaavan galvaanisen kennon emf.

Hajoamisjännite koostuu kahden elektrodin potentiaalista - ionipurkauspotentiaalista.

Tyhjiöpotentiaali kationia kutsutaan joskus laskeumapotentiaali metalli Tämä on minimipotentiaali, joka on kohdistettava elektrodiin, jotta kationi menettää varauksen ja metallin kerrostumista tapahtuu. Joillakin ioneilla (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) laskeumapotentiaali on lähellä elektrodipotentiaalia, kun taas muiden ionien (Fe 2+, Co 2+, Ni 2+) laskeumapotentiaalit ylittävät merkittävästi elektrodipotentiaalit. metallien - elektrolyysiä varten tarvitaan tietty ylijännite.

Erottaa liuosten elektrolyysi Ja sulatteiden elektrolyysi. Liuosten elektrolyysi on jaettu elektrolyysi inertillä elektrodeilla Ja elektrolyysi liukoisella anodilla. Metalli (Pt, Au) ja ei-metalliset (grafiitti) elektrodit voivat olla inerttejä. Liukoisina anodeina käytetään Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu jne. valmistettuja anodeja.

Jotkut metallit ovat käytännössä liukenemattomia korkean anodisen polarisaation vuoksi, esimerkiksi Ni ja Fe emäksisessä liuoksessa, Pb H 2 SO 4:ssä.

Liuosten elektrolyysi inertillä elektrodeilla. Elektrolyyttien vesiliuosten elektrolyysin aikana katodille vapautuu metallin sijasta usein vetyä metallin sijasta. Happamissa ympäristöissä vetyä muodostuu reaktiossa:

2H++2 ē = H2.

Neutraalissa ja emäksisessä ympäristössä vetyä muodostuu reaktiossa, jossa on mukana vesimolekyylejä:

2H20+2 ē = H2 + OH – .

Kationeja, kuten Na + tai K +, ei poistu lainkaan vesiliuoksessa, mutta vetyä vapautuu.

Kationit voidaan ryhmitellä niiden purkautumiskyvyn mukaan, jotka vaihtelevat ei-purkautuvista helposti purkaviin. Samalla myös elektrolyysituotteet muuttuvat. Joillekin kationeille samanaikainen metallin ja vedyn muodostuminen on mahdollista.

Alla on kationit purkautumisvaikeuden alenemassa järjestyksessä ja elektrolyysituotteet:

Kationit Elektrolyysituotteet

Li+, K+, Na+, Mg2+, Al 3+, H+ (uudelleenohjaus) H2

Mn2+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, H+ (pH 7) M + H2

Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Pb 2+, H+ (pH 0) M + H 2

Cu 2+, Ag+, Au 3+ M

Vedyn eri paikat tässä sarjassa selittyvät seuraavista syistä. Vedyn sijainti lyijyn ja kuparin välillä vastaa standardielektrodipotentiaalien numeerisia arvoja KANSSA M n+ = KANSSA H+ = 1 mol/l, so. pH = 0. Vedyn sijainti raudan ja koboltin välillä vastaa vedyn elektrodipotentiaalia vedessä pH = 7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). Näissä olosuhteissa kaikki metallit voidaan saostaa liuoksista, arvo φ ° Käytännössä koboltin, nikkelin, tinan ja lyijyn lisäksi on kuitenkin mahdollista saostaa myös sinkkiä, kromia ja rautaa vesiliuoksista. Tämä selittyy sillä, että vetykaasun vapautumista katodilla estää vedyn ylijännite.

Siten sarjassa kationeja alkaen Li + aina A1 3+ asti metallia ei muodostu, ja elektrolyysin aikana vapautuu vetyä veden pelkistymisen vuoksi. Kationien sarjassa alkaen Mn 2+ - Pb 2+ elektrolyysin aikana metallia ja vetyä muodostuvat samanaikaisesti ja lopulta sarjassa Cu 2+ - Au 3+ muodostuu vain metallia.

Näin ollen mitä kauempana vasemmalla (lähempänä alkua) metalli on standardielektrodipotentiaalien sarjassa (jännitesarja), sitä vaikeampaa on eristää tätä metallia vesiliuoksen elektrolyysillä.

Jos useita kationeja sisältävään liuokseen kohdistetaan asteittain kasvava jännite, elektrolyysi alkaa, kun saavutetaan kationin, jolla on suurin elektrodipotentiaali (positiivisin) kerrostumispotentiaali. Sinkki-ioneja sisältävän liuoksen elektrolyysin aikana (φ °= –0,76 V) ja kupari (φ ° = +0,34 V), kuparia vapautuu ensin katodilla, ja vasta kun lähes kaikki Cu 2+ -ionit on purettu, sinkkiä alkaa vapautua. Täten, jos liuos sisältää samanaikaisesti erilaisia ​​kationeja, niin elektrolyysin aikana ne voidaan eristää peräkkäin niiden elektrodipotentiaalien arvojen mukaisesti. Oletetaan, että metallin vapautumisen ylijännite niille on suunnilleen sama (ja pieni).

Mitä tulee anionin purkauspotentiaalit, niin kuva tässä on paljon monimutkaisempi johtuen veden kyvystä osallistua elektrolyysiprosessiin. Yleisesti voidaan sanoa, että anodista purkautuvat ensin anionit, joilla on pienin potentiaali (vähiten positiivinen). Jos liuos sisältää ioneja Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φ° = 1,09 V) ja I - (φº = 0,54 V), muodostuu ensin jodia, sitten bromia ja lopuksi klooria. Vesiliuoksessa olevia fluori-ioneja ei voida poistaa ollenkaan (φ ° = 2,87 V).

Suurin osa happea sisältävistä anioneista (paitsi asetaatti-ioni) ei poistu vesiliuoksessa, vaan vesi hajoaa happamissa ja neutraaleissa liuoksissa:

2H 2O - 4 ē = O2 + 4H+,

ja alkalisissa liuoksissa - hydroksidi-ionien purkaus:

2OH – – 2 ē = 1/2 O2 + H20.

Anionit, riippuen niiden kyvystä purkaa vesiliuosten elektrolyysin aikana, sijaitsevat seuraavassa rivissä happea sisältävien happojen, kuten SO 4 2–, NO 3 – anioneista, jotka eivät purkaudu vesiliuoksessa, niistä, jotka purkautuvat helposti:

Anionit Elektrolyysituotteet

SO 4 2–, NO 3 – jne., OH – O 2

Cl – , Br – , I – Cl 2 (ClO – , ClO 3 –), Br 2 , I 2 (+O 2)

S 2 – S, SO 2 (+ O 2)

Näin ollen voimme muotoilla seuraavan päälauseen säännöt elektrolyyttivesiliuosten elektrolyysille liukenemattomilla elektrodeilla:

1. Elektrolyyttien anioneista hapettomien happojen anionit (Cl–, Br–, S2– jne.) purkautuvat ensin anodilla.

2. Happipitoisten happojen anionit (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2– jne.) eivät poistu veden läsnä ollessa, vaan vesi hapettuu reaktion mukaan:

2H 2O - 4 ē = 02 + 4H+.

3. Aktiiviset metallit, jotka sijaitsevat jännitealueella Al asti (mukaan lukien), eivät vähene katodilla, vaan vesi vähenee:

2H20+2 ē = H2 + 2OH – .

4. Metallit, jotka sijaitsevat jännitesarjassa alumiinin jälkeen, mutta ennen vetyä, pelkistyvät katodilla yhdessä vesimolekyylien kanssa:

K: 1) Zn 2+ + 2 ē = Zn

2) 2H20+2 ē = H2 + 2OH – .

5. Metallit, joilla on positiivinen elektrodipotentiaali, pelkistetään ensin katodilla:

Cu 2+ + 2 ē = Cu

Esimerkiksi rikkihapon (grafiittielektrodit) elektrolyysin aikana tapahtuu seuraavia prosesseja:

katodilla 2H++2 ē = H 2,

anodin kohdalla 2H 2O - 4 ē = O2 + H+.

Yhteenvetoyhtälö:

2H 2O = 2H2 + O 2,

nuo. Rikkihappoliuoksen elektrolyysin aikana vetyä ja happea vapautuu vesimolekyylien hajoamisen seurauksena. Elektrolyysituotteet: vety ja happi.

Kuparisulfaattiliuoksen elektrolyysi:

katodillaСu 2 + + 2 ē = Cu,

anodin kohdalla 2H 2O - 4 ē = O2 + 4H+

Yhteenvetoyhtälö:

2Cu 2+ + 2H 2O = 2Cu + O 2 + 4H+

2CuS04 + 2H20 = 2Сu + O2 + 2H2SO4.

Elektrolyysituotteet: kupari, happi, rikkihappo.

Anionipurkauksen mahdollisuus riippuu sen pitoisuudesta. Siten konsentroitujen ja laimeiden NaCl-liuosten elektrolyysituotteet ovat klooria ja happea, vastaavasti.

Laimean natriumkloridiliuoksen elektrolyysi tapahtuu ilman Cl-ionien (ja vastaavasti Na + -ionien) purkamista, ts. tapahtuu veden hajoamista. Kun suolapitoisuus anodilla kasvaa, yhdessä hapen kanssa alkaa kloorin vapautuminen ja klooria (hapen seoksena) muodostuu konsentroituihin liuoksiin:

katodilla 2H20+2 ē = H2 + 2OH –

anodin kohdalla 2Сl – – 2 ē = Cl2 .

Yhteenvetoyhtälö:

2Cl – + 2H 2O = H2 + Cl 2 + 2OH –

2NaCl + 2H20 = H2 + Cl2 + 2NaOH.

Elektrolyysituotteet: vety, kloori ja natriumhydroksidi.

Jos klooria vapautuu kloridiliuosten elektrolyysin aikana, kloorin muodostumisen pääprosessi on päällekkäin kloorin vuorovaikutusreaktioiden kanssa veden kanssa (hydrolyysi) ja tuloksena olevien aineiden myöhemmissä muutoksissa. Kloorin hydrolyysi tapahtuu heikkojen hypokloorihapon ja kloridi-ionien (suolahappo) muodostumisen myötä:

Cl 2 + H 2 O = H + + Cl – + HC1O.

Hypokloorihappo elektrolyysin aikana muodostuneen alkalin kanssa (tarkemmin Na + +OH –) tuottaa tuotteeksi natriumhypokloriittia NaClO:a. Alkalisessa ympäristössä kokonaisreaktioyhtälö on muotoa:

Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O.

Korotetuissa lämpötiloissa (kiehuvassa vedessä) tapahtuu kloorihydrolyysi, jolloin muodostuu kloraatti-ioneja. Mahdolliset reaktioyhtälöt:

3Cl 2 + 3H 2O = ClO 3 - + 5 Cl - + 6H +,

3HClO = СlO 3 – + 2Сl – ​​​​+ 3Н +,

3СlО – = СlO 3 – + 2Сl –.

Alkalisessa ympäristössä kokonaisyhtälöllä on muoto

3Cl2 + 6NaOH = NaClO3 + 5NaCl + 3H20.

Elektrolyysi kalvolla. Laimean natriumkloridiliuoksen elektrolyysin aikana Na + -ionit siirtyvät katodille, mutta vetyä vapautuu:

2H20+2 ē = H 2 + OH –

ja natriumhydroksidiliuos konsentroidaan.

Kloridi-ionit siirtyvät anodille, mutta niiden alhaisen pitoisuuden vuoksi muodostuu pääasiassa happea kloorin sijaan:

2H 2O - 4 ē = O2 + 4H+

ja suolahappoliuos konsentroidaan.

Jos elektrolyysi suoritetaan dekantterilasissa tai vastaavassa astiassa, alkali- ja happoliuokset sekoitetaan ja elektrolyysi pelkistyy vedyn ja hapen muodostumiseen veden hajoamisen seurauksena. Jos anodi- ja katoditilat erotetaan väliseinällä (kalvolla), joka päästää virtaa kuljettavia ioneja läpi, mutta estää lähielektrodiliuosten sekoittumisen, niin elektrolyysituotteina voidaan saada happo- ja alkaliliuoksia.

Natriumkloridiliuoksen elektrolyysin aikana katodille muodostui hydroksidi-ioneja reaktion seurauksena:

2H20+2 ē = H2 + 2OH –

alkaa välittömästi osallistua sähkön siirtoon ja yhdessä C1-ionien kanssa siirtyä anodille, jossa molemmat ionit purkautuvat ja muodostuu hapen ja kloorin seos. Siksi kloorin saanto laskee. Jos anodi on valmistettu kivihiilestä (grafiitista), se hapettuu hapen vaikutuksesta ja muodostuu hiilioksideja CO ja CO 2, jotka saastuttavat klooria. Seuraavaksi anodilla muodostunut kloori on vuorovaikutuksessa hydroksidi-ionien kanssa:

C1 2 + OH – = H + + Cl – + OCl – .

Hypokloriitti-ionien muodostuminen on myös ei-toivottu prosessi (jos natriumhypokloriittiliuoksen saaminen ei ole tavoitteena). Kaikki nämä ei-toivotut seuraukset voidaan välttää, jos käytät kalvoa, joka erottaa katodi- ja anoditilat ja säilyttää OH - ionit, mutta päästää Cl - ionien läpi. Lopuksi kalvo estää kaasujen diffuusion ja mahdollistaa puhtaamman vedyn tuoton.

Jos liuos sisältää useita anioneja, on niiden purkautumisjärjestystä anodilla vaikeampi ennustaa kuin kationien, mutta yleisesti ottaen sääntönä on, että anionille on ominaista pienin potentiaaliarvo (tai elektrodin korkein negatiivinen arvo). anodilla tapahtuvan reaktion potentiaali) puretaan ensin. anodi).

Liuosten elektrolyysi liukoisella anodilla. Elektrolyysi liukoisella anodilla on mahdollista, kun metalli luovuttaa elektroneja helpommin kuin Cl–, OH– ionit tai vesimolekyylit. Esimerkiksi kupari-anodilla kuparikloridi- tai sulfaattiliuoksessa ei vapaudu klooria tai happea, vaan Cu 2+ -ioneja kulkeutuu liuokseen. Samanaikaisesti katodilla purkautuvat samat ionit ja metallista kuparia kerrostetaan. Siten elektrolyysi liukoisella anodilla pelkistyy kuparin siirtymiseen anodilta katodille.

Anodilla tapahtuvaa reaktiota monimutkaistavat useimmissa tapauksissa lukuisat sivuprosessit ja usein ei-toivotut prosessit. Syntyvät ionit voivat esimerkiksi muodostaa oksideja, hydroksideja ja niiden kalvoja:

M 2+ + 2OH – = MO + H2O.

Happea voi vapautua myös anodilla:

2H 2O - 4 ē = O2 + 4H+,

jotka voivat osallistua monenlaisiin reaktioihin elektrolyyttijärjestelmässä.

Kun muodostuu kaasumaisia ​​tuotteita, erityisesti happea, hajoamispotentiaalit eivät useimmissa tapauksissa vastaa elektrodipotentiaalia korkeiden ylijännitearvojen vuoksi. . Ylijännite on ero todellisen hajoamisjännitteen ja vastaavan reaktion EMF:n välillä, joka lasketaan teoreettisesti elektrodipotentiaalista. Vapautuvan aineen luonne (kloorin, bromin ja jodin ylijännite on hyvin pieni) ja elektrodin materiaali vaikuttavat erityisen voimakkaasti ylijännitteen suuruuteen. Alla on tietoja ylijännitteestä vedyn ja hapen kehittymisen aikana eri katodeissa ja anodeissa.

Elektrodin ylijännite, V

Vety Happi

Pt mustattu 0,00 0,2–0,3

Pt kiiltävä 0,1 0,4–0,5

Fe 0,1–0,2 0,2–0,3

Ni 0,1-0,2 0,1-0,3

Сu 0,2 0,2–0,3

Pb 0,4–0,6 0,2–0,3

Ylijännite riippuu myös elektrodien muodosta, niiden pinnan tilasta, virrantiheydestä, liuoksen lämpötilasta, liuoksen sekoituksen voimakkuudesta ja muista tekijöistä.

Vedyn ylijännite raudalla on ~ 0,1 V ja hapen samassa materiaalissa ~ 0,3 V. Siksi ylijännite elektrolyysin aikana rautaelektrodeissa on 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Tämän arvon ja teoreettisesti lasketun arvon summa on vastaavan elektrolyytin purkausjännitteen minimiarvo.

Suhtautuminen ylijännitteeseen on kaksijakoinen. Toisaalta ylijännite johtaa lisääntyneeseen energiankulutukseen, toisaalta ylijännitteen ansiosta vesiliuoksista voidaan saostaa monia metalleja, joita ei niiden standardielektrodipotentiaalien arvojen mukaan pitäisi saostaa. Nämä ovat Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , Cr. Ylijännitteen sekä liuoksen pitoisuuden vaikutuksen elektrodipotentiaaliin ansiosta rautatuotteiden elektrolyyttinen kromi- ja nikkelipinnoitus on mahdollista, ja jopa natriumia voidaan saada elohopeaelektrodin vesiliuoksesta.

Cl-ionien purkautuminen OH:n sijaan vesiliuoksessa korkean elektrolyyttipitoisuuden omaavissa liuoksissa selittyy myös hapen ylijännitteellä. Tämä ylijännite ei kuitenkaan riitä aiheuttamaan F-ionien purkamista ja vapaan fluorin vapautumista.

Ylijännitteen suuruuteen vaikuttavat monet muut kineettiset tekijät - hiukkasten siirtymisnopeus elektrodeille ja elektrolyysituotteiden poisto, hydraation ja muiden purkautuneiden ionien kuorien tuhoutumisnopeus, atomien yhdistämisnopeus kaksiatomiseksi kaasuksi molekyylejä jne.

Kemiallisten ongelmien ratkaiseminen
tietoinen Faradayn laista
lukio

Tekijän kehitys

Erilaisten kemiallisten ongelmien joukossa, kuten koulun opetuskäytäntö osoittaa, suurimmat vaikeudet aiheuttavat ongelmat, joiden ratkaiseminen edellyttää vankan kemiallisen tiedon lisäksi fysiikan kurssimateriaalin hyvää hallintaa. Ja vaikka jokainen lukio ei kiinnitä huomiota yksinkertaisimpienkin ongelmien ratkaisemiseen kahden kurssin - kemian ja fysiikan - tietämyksen avulla, tällaisia ​​​​ongelmia löytyy joskus pääsykokeista yliopistoissa, joissa kemia on pääaine. Siksi opettaja voi vahingossa evätä opiskelijaltaan mahdollisuuden päästä yliopistoon kemian pääaineeksi tutkimatta tämän tyyppisiä ongelmia luokassa.
Tämän kirjoittajan kehitystyö sisältää yli kaksikymmentä tehtävää tavalla tai toisella liittyen aiheeseen "Elektrolyysi". Tällaisten ongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan paitsi hyvä tuntemus koulun kemian kurssin aiheesta "Elektrolyysi", vaan myös Faradayn laki, jota tutkitaan koulun fysiikan kurssilla.
Ehkä tämä ongelmavalikoima ei kiinnosta ehdottomasti kaikkia luokan opiskelijoita tai kaikkien saatavilla. Tästä huolimatta on suositeltavaa, että tämän tyyppisistä tehtävistä keskustellaan kiinnostuneiden opiskelijoiden ryhmän kanssa ympyrässä tai valinnaisella oppitunnilla. Voidaan varmuudella todeta, että tämän tyyppiset ongelmat ovat monimutkaisia ​​eivätkä ainakaan ole tyypillisiä koulun kemian kurssille (puhumme lukiosta), ja siksi tämän tyyppiset ongelmat voidaan turvallisesti sisällyttää versioihin koulun tai piirin kemian olympialaiset 10. tai 11. luokalle.
Yksityiskohtainen ratkaisu jokaiseen ongelmaan tekee kehittämisestä arvokkaan työkalun erityisesti aloitteleville opettajille. Kävittyään läpi useita ongelmia opiskelijoiden kanssa valinnaisen oppitunnin tai klubitunnin aikana, luova opettaja antaa varmasti useita samanlaisia ​​​​ongelmia kotona ja käyttää tätä kehitystä kotitehtävien tarkistamisessa, mikä säästää merkittävästi opettajan aikaa.

Teoreettista tietoa ongelmasta

Kemiallisia reaktioita, jotka tapahtuvat sähkövirran vaikutuksesta liuokseen tai sulaan elektrolyyttiin sijoitetuissa elektrodeissa, kutsutaan elektrolyysiksi. Katsotaanpa esimerkkiä.

Lasissa, jonka lämpötila on noin 700 ° C, on natriumkloridi-NaCl-sula, johon on upotettu elektrodit. Ennen kuin sähkövirta kulkee sulatteen läpi, Na + ja Cl – -ionit liikkuvat kaoottisesti, mutta kun sähkövirtaa kohdistetaan, näiden hiukkasten liike tulee järjestykseen: Na + -ionit ryntäävät kohti negatiivisesti varautunutta elektrodia ja Cl. – ioneja kohti positiivisesti varautunutta elektrodia.

Ja hän– varautunut atomi tai atomiryhmä, jolla on varaus.

kationi- positiivisesti varautunut ioni.

Anion- negatiivisesti varautunut ioni.

Katodi– negatiivisesti varautunut elektrodi (positiivisesti varautuneet ionit – kationit) liikkuu sitä kohti.

Anodi– positiivisesti varautunut elektrodi (negatiivisesti varautuneet ionit – anionit) liikkuu sitä kohti.

Natriumkloridisulan elektrolyysi platinaelektrodeille

Kokonaisreaktio:

Natriumkloridin vesiliuoksen elektrolyysi hiilielektrodeissa

Kokonaisreaktio:

tai molekyylimuodossa:

Kupari(II)kloridin vesiliuoksen elektrolyysi hiilielektrodeissa

Kokonaisreaktio:

Metallitoimintojen sähkökemiallisessa sarjassa kupari sijaitsee vedyn oikealla puolella, joten kupari pelkistyy katodilla ja kloori hapettuu anodilla.

Natriumsulfaatin vesiliuoksen elektrolyysi platinaelektrodeille

Kokonaisreaktio:

Kaliumnitraatin vesiliuoksen elektrolyysi tapahtuu samalla tavalla (platinaelektrodit).

Sinkkisulfaatin vesiliuoksen elektrolyysi grafiittielektrodeissa

Kokonaisreaktio:

Rauta(III)nitraatin vesiliuoksen elektrolyysi platinaelektrodeille

Kokonaisreaktio:

Hopeanitraatin vesiliuoksen elektrolyysi platinaelektrodeille

Kokonaisreaktio:

Alumiinisulfaatin vesiliuoksen elektrolyysi platinaelektrodeille

Kokonaisreaktio:

Kuparisulfaatin vesiliuoksen elektrolyysi kuparielektrodeissa - sähkökemiallinen jalostus

CuSO 4:n pitoisuus liuoksessa pysyy vakiona, prosessi rajoittuu anodimateriaalin siirtymiseen katodille. Tämä on sähkökemiallisen jalostusprosessin ydin (puhtaan metallin saaminen).

Kun laadit elektrolyysikaavioita tietylle suolalle, sinun on muistettava, että:

– metallikationit, joilla on korkeampi standardielektrodipotentiaali (SEP) kuin vedyllä (kuparista kultaan mukaan lukien), pelkistyvät lähes kokonaan katodilla elektrolyysin aikana;

– metallikationit, joilla on pienet SEP-arvot (litiumista alumiiniin mukaan lukien), eivät pelkisty katodissa, vaan vesimolekyylit pelkistyvät vedyksi;

– metallikationit, joiden SEP-arvot ovat pienemmät kuin vedyn, mutta suuremmat kuin alumiinin (alumiinista vedyksi), pelkistyvät samanaikaisesti veden kanssa katodilla tapahtuvan elektrolyysin aikana;

– jos vesiliuos sisältää seoksen eri metallien kationeja, esimerkiksi Ag +, Cu 2+, Fe 2+, niin tässä seoksessa hopea pelkistyy ensin, sitten kupari ja rauta;

– liukenemattomalla anodilla tapahtuu elektrolyysiprosessin aikana anionien tai vesimolekyylien hapettumista ja anionit S 2–, I–, Br–, Cl– hapettuvat helposti;

– jos liuos sisältää happea sisältävien happojen anioneja , , , niin vesimolekyylit hapetetaan hapeksi anodilla;

– jos anodi on liukoinen, niin se itse hapettuu elektrolyysin aikana eli lähettää elektroneja ulkoiseen piiriin: kun elektroneja vapautuu, elektrodin ja liuoksen välinen tasapaino siirtyy ja anodi liukenee.

Jos koko elektrodiprosessien sarjasta valitaan vain ne, jotka vastaavat yleistä yhtälöä

M z+ + ze= M,

sitten saamme metallin jännitysalue. Myös vetyä sijoitetaan aina tälle riville, jolloin näet, mitkä metallit pystyvät syrjäyttämään vetyä happojen vesiliuoksista ja mitkä eivät (taulukko).

Pöytä

Metallin jännitysalue

Yhtälö elektrodi käsitellä asiaa	Vakio elektrodi potentiaalia klo 25 °C, V	Yhtälö elektrodi käsitellä asiaa	Vakio elektrodi potentiaalia 25 °C:ssa, V
Li + + 1 e= Li 0	–3,045	Co 2+ + 2 e= Co 0	–0,277
Rb + + 1 e= Rb 0	–2,925	Ni 2+ + 2 e= Ni 0	–0,250
K++1 e= K 0	–2,925	Sn 2+ + 2 e= Sn 0	–0,136
Cs + + 1 e= Cs 0	–2,923	Pb 2+ + 2 e= Pb 0	–0,126
Ca 2+ + 2 e= Ca 0	–2,866	Fe 3++3 e= Fe 0	–0,036
Na++1 e= Na 0	–2,714	2H++2 e=H2	0
Mg 2+ + 2 e= Mg 0	–2,363	Bi 3+ + 3 e= Bi 0	0,215
Al 3++3 e= Al 0	–1,662	Cu 2+ + 2 e= Cu 0	0,337
Ti 2+ + 2 e= Ti 0	–1,628	Cu + +1 e= Cu 0	0,521
Mn 2+ + 2 e= Mn 0	–1,180	Hg 2 2+ + 2 e= 2Hg 0	0,788
Cr 2+ + 2 e= Cr 0	–0,913	Ag + + 1 e= Ag 0	0,799
Zn 2+ + 2 e= Zn 0	–0,763	Hg 2++2 e= Hg 0	0,854
Cr 3++3 e= Cr 0	–0,744	Pt 2+ + 2 e= Pt 0	1,2
Fe 2+ + 2 e= Fe 0	–0,440	Au 3++3 e= Au 0	1,498
CD 2+ + 2 e= Cd 0	–0,403	Au + + 1 e= Au 0	1,691

Yksinkertaisemmassa muodossa metallijännityssarja voidaan esittää seuraavasti:

Useimpien elektrolyysiongelmien ratkaisemiseksi tarvitaan Faradayn lain tuntemus, jonka kaava on annettu alla:

m = M minä t/(z F),

Missä m– elektrodille vapautuneen aineen massa, F– Faraday-luku on 96 485 A s/mol tai 26,8 A h/mol, M– elektrolyysin aikana pienentynyt elementin moolimassa, t– elektrolyysiprosessin aika (sekunteina), minä– virran voimakkuus (ampeereina), z– prosessiin osallistuvien elektronien lukumäärä.

Ongelmaolosuhteet

1. Mikä massa nikkeliä vapautuu nikkelinitraattiliuoksen elektrolyysin aikana 1 tunnin ajan 20 A virralla?

2. Millä virranvoimakkuudella on tarpeen suorittaa hopeanitraattiliuoksen elektrolyysiprosessi, jotta saadaan 0,005 kg puhdasta metallia 10 tunnissa?

3. Mikä massa kuparia vapautuu kupari(II)kloridisulan elektrolyysin aikana 2 tunnin ajan 50 A virralla?

4. Kuinka kauan kestää sinkkisulfaatin vesiliuoksen elektrolysointi 120 A virralla, jotta saadaan 3,5 g sinkkiä?

5. Mikä massa rautaa vapautuu rauta(III)sulfaattiliuoksen elektrolyysin aikana 200 A virralla 2 tunnin ajan?

6. Millä virranvoimakkuudella on suoritettava kupari(II)nitraattiliuoksen elektrolyysiprosessi, jotta saadaan 200 g puhdasta metallia 15 tunnissa?

7. Kuinka kauan kestää rauta(II)kloridisulan elektrolysointi 30 A virralla, jotta saadaan 20 g puhdasta rautaa?

8. Millä virranvoimakkuudella on suoritettava elohopea(II)nitraattiliuoksen elektrolyysiprosessi, jotta saadaan 0,5 kg puhdasta metallia 1,5 tunnissa?

9. Millä virranvoimakkuudella on suoritettava sulan natriumkloridin elektrolyysiprosessi, jotta saadaan 100 g puhdasta metallia 1,5 tunnissa?

10. Kaliumkloridisulalle suoritettiin elektrolyysi 2 tunnin ajan 5 A virralla. Saatu metalli reagoi 2 kg painoisen veden kanssa. Mikä alkaliliuoskonsentraatio saatiin?

11. Kuinka monta grammaa 30-prosenttista suolahappoliuosta tarvitaan, jotta se reagoi täydellisesti raudan kanssa, joka on saatu elektrolyysillä rauta(III)sulfaattiliuosta 0,5 tunnin ajan virranvoimakkuudella
10 häh?

12. Sulan alumiinikloridin elektrolyysiprosessissa, joka suoritettiin 245 minuutin ajan 15 A virralla, saatiin puhdasta alumiinia. Kuinka monta grammaa rautaa voidaan saada aluminotermisellä menetelmällä antamalla määrätty massa alumiinia reagoida rauta(III)oksidin kanssa?

13. Kuinka monta millilitraa 12-prosenttista KOH-liuosta, jonka tiheys on 1,111 g/ml, tarvitaan reagoimaan alumiinin kanssa (kaliumtetrahydroksialuminaatin muodostamiseksi), joka on saatu elektrolyysillä alumiinisulfaattiliuosta 300 minuutin ajan 25 A:n virralla?

14. Kuinka monta millilitraa 20-prosenttista rikkihappoliuosta, jonka tiheys on 1,139 g/ml, tarvitaan reagoimaan sinkin kanssa, joka on saatu elektrolyysillä sinkkisulfaattiliuosta 100 minuutin ajan 55 A:n virralla?

15. Mikä tilavuus typpi(IV)oksidia (n.o.) saadaan saattamalla ylimäärä kuumaa väkevää typpihappoa reagoimaan kromin kanssa, joka on saatu elektrolyysillä kromi(III)sulfaattiliuosta 100 minuutin ajan 75 A:n virralla?

16. Mikä tilavuus typpi(II)oksidia (n.o.) saadaan vuorovaikutuksessa ylimääräisen typpihappoliuoksen ja kuparin kanssa, joka on saatu elektrolyysillä kupari(II)kloridisulaa 50 minuutin ajan 10,5 A virralla?

17. Kuinka kauan kestää rauta(II)kloridisulan elektrolysointi 30 A virralla, jotta saadaan tarvittava rauta täydelliseen reaktioon 100 g 30-prosenttista suolahappoliuosta?

18. Kuinka kauan kestää elektrolysoida nikkelinitraattiliuos 15 A virralla, jotta saadaan nikkeliä, joka tarvitaan täydelliseen reaktioon 200 g:n 35-prosenttista rikkihappoliuosta kuumennettaessa?

19. Natriumkloridisulaa elektrolysoitiin 20 A virralla 30 minuuttia ja kaliumkloridisulaa elektrolysoitiin 80 minuuttia 18 A virralla. Molemmat metallit liuotettiin 1 kg:aan vettä. Selvitä saadun liuoksen alkalien pitoisuus.

20. Magnesiumkloridin elektrolyysillä saatu magnesium sulaa 200 minuuttia virranvoimakkuudella
10 A, liuotettuna 1,5 litraan 25-prosenttista rikkihappoliuosta, jonka tiheys on 1,178 g/ml. Selvitä saadun liuoksen magnesiumsulfaatin pitoisuus.

21. Sinkki, joka saadaan elektrolyysillä sinkkisulfaattiliuoksesta 100 minuutin ajan virranvoimakkuudella

17 A, liuotettuna 1 litraan 10-prosenttista rikkihappoliuosta, jonka tiheys on 1,066 g/ml. Selvitä sinkkisulfaatin pitoisuus tuloksena olevasta liuoksesta.

22. Rauta, joka saatiin elektrolyysillä rauta(III)kloridisulasta 70 minuutin ajan 11 A virralla, muutettiin jauheeksi ja upotettiin 300 g:aan 18-prosenttista kupari(II)sulfaattiliuosta. Etsi saostuneen kuparin massa.

23. Magnesiumkloridin elektrolyysillä saatu magnesium sulaa 90 minuuttia virranvoimakkuudella
17 A, upotettiin liuokseen, jossa oli ylimäärin otettua suolahappoa. Etsi vapautuneen vedyn tilavuus ja määrä (n.s.).

24. Alumiinisulfaattiliuokselle suoritettiin elektrolyysi 1 tunnin ajan 20 A virralla. Kuinka monta grammaa 15-prosenttista suolahappoliuosta tarvitaan, jotta se reagoi täydellisesti tuloksena olevan alumiinin kanssa?

25. Kuinka monta litraa happea ja ilmaa (n.o.) tarvitaan magnesiumkloridisulan elektrolyysillä saadun magnesiumin täydelliseen polttamiseen 35 minuutin ajan 22 A:n virralla?

Katso vastaukset ja ratkaisut seuraavista ongelmista