På grund av utseendet av en viss gas som orsakar en omedelbar brännande hosta. Denna artikel är identifieringen av denna gas. Artikeln är fylld av formler; antalet formler beror på att både själva elektrolysprocessen och rosten inte är triviala. Kemister och kemiingenjörer, hjälp till att få artikeln till full överensstämmelse med verkligheten; det är din plikt: att ta hand om dina "småbröder" i händelse av kemisk fara.

Låt det finnas järn Fe 0:
- om det inte fanns något vatten på jorden, skulle syre anlända och göra oxid: 2Fe + O 2 = 2FeO (svart). Oxiden oxiderar vidare: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (röd-brun). FeO 2 finns inte, det är en uppfinning av skolbarn; men Fe 3 O 4 (svart) är ganska verklig, men konstgjord: att tillföra överhettad ånga till järn eller reducera Fe 2 O 3 med väte vid en temperatur av cirka 600 grader;
- men det finns vatten på jorden - som ett resultat tenderar både järn- och järnoxider att förvandlas till basen Fe(OH) 2 (vit?!. Det blir snabbt mörkt i luften - är det inte punkten nedan): 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2, 2FeO + H2O = 2Fe(OH)2;
- det är ännu värre: det finns elektricitet på jorden - alla de namngivna ämnena tenderar att förvandlas till basen Fe(OH) 3 (brun) på grund av närvaron av fukt och potentialskillnad (galvaniskt par). 8Fe(OH)2 + 4H2O + 2O2 = 8Fe(OH)3, Fe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 (långsam). Det vill säga om järn förvaras i en torr lägenhet rostar det långsamt, men håller i sig; att öka luftfuktigheten eller göra den blöt kommer att göra det värre, men att sticka ner den i marken blir riktigt dåligt.

Att förbereda en lösning för elektrolys är också en intressant process:
- först utförs en analys av de tillgängliga ämnena för framställning av lösningar. Varför soda och vatten? Soda Na 2 CO 3 innehåller metallen Na, som ligger mycket till vänster om väte i ett antal elektriska potentialer - detta innebär att under elektrolys kommer metallen inte att reduceras vid katoden (i lösning, men inte i smältan) , och vatten kommer att sönderdelas till väte och syre (i lösning). Det finns bara 3 varianter av lösningsreaktionen: metaller starkt till vänster om väte reduceras inte, metaller svagt till vänster om väte reduceras med frigörandet av H 2 och O 2, och metaller till höger om väte reduceras helt enkelt. vid katoden. Här är det, processen för kopparplätering av ytan på delar i en CuSo 4-lösning, galvanisering i ZnCl 2, nickelplätering i NiSO 4 + NiCl 2, etc.;
- späd soda i vatten på en lugn plats, långsamt och utan att andas. Riv inte paketet med händerna utan klipp det med sax. Efter detta måste saxen läggas i vatten. Någon av de fyra typerna av soda (bakpulver, soda, tvättmedel, kaustiksoda) tar bort fukt från luften; dess hållbarhet bestäms i huvudsak av tidpunkten för fuktackumulering och klumpning. Det vill säga i en glasburk är hållbarheten för evigt. Dessutom genererar all läsk en lösning av natriumhydroxid när den blandas med vatten och elektrolys, som endast skiljer sig i koncentrationen av NaOH;
- soda blandas med vatten, lösningen blir blåaktig. Det verkar som om en kemisk reaktion har ägt rum, men nej: som i fallet med bordssalt och vatten har lösningen ingen kemisk reaktion, utan bara en fysisk: upplösningen av ett fast ämne i ett flytande lösningsmedel ( vatten). Du kan dricka denna lösning och få mild till måttlig förgiftning - inget dödligt. Eller avdunsta och få tillbaka sodan.

Valet av anod och katod är ett helt åtagande:
- det är lämpligt att välja anoden som ett fast inert material (så att den inte försämras, inklusive från syre, och inte deltar i kemiska reaktioner) - det är därför rostfritt stål fungerar som det (jag läser många kätterier på Internet och blev nästan förgiftad);
- det är rent järn som är katoden, annars kommer rost att fungera som ett för högt motstånd i den elektriska kretsen. För att placera strykjärnet som ska rengöras helt i lösningen måste du löda eller skruva fast det till något annat strykjärn. Annars kommer själva järnhållarens metall att delta i lösningen som ett icke-inert material och som en del av kretsen med minsta motstånd (parallell anslutning av metaller);
- ännu inte specificerat, men det bör finnas ett beroende av strömmen och elektrolyshastigheten på anodens och katodens yta. Det vill säga, en M5x30 bult i rostfritt stål kanske inte räcker för att snabbt ta bort rost från en bildörr (för att inse elektrolysens fulla potential).

Låt oss ta en inert anod och katod som ett exempel: med tanke på elektrolysen av endast en blå lösning. Så snart spänning läggs på börjar lösningen omvandlas till den slutliga lösningen: Na 2 CO 3 + 4H 2 O = 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2. NaOH - natriumhydroxid - galen alkali, kaustik soda, Freddy Krueger i en mardröm: den minsta kontakten av detta torra ämne med våta ytor (hud, lungor, ögon, etc.) orsakar helvetesvärk och snabbt oåterkallelig (men återhämtningsbar vid mild brännskador) ) skada. Lyckligtvis löses natriumhydroxid i kolsyra H 2 CO 3 och vatten; när vattnet slutligen förångas av väte vid katoden och syre vid anoden, bildas den maximala koncentrationen av NaOH i kolsyra. Du ska absolut inte dricka eller lukta på den här lösningen, och du ska inte heller sticka in fingrarna (ju längre elektrolys, desto mer bränner det). Du kan rengöra rör med det, samtidigt som du förstår dess höga kemiska aktivitet: om rören är av plast kan du hålla dem i 2 timmar, men om de är av metall (förresten jordade), kommer rören att börja äta: Fe + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2, Fe + H2CO3 = FeCO3 + H2.

Detta är den första av de möjliga orsakerna till kvävande "gas", en fysikalisk och kemisk process: mättnad av luften med en lösning av koncentrerad kaustiksoda i kolsyra (kokande bubblor av syre och väte som bärare). I böcker från 1800-talet används kolsyra som ett giftigt ämne (i stora mängder). Det är därför förare som installerar ett batteri i en bil skadas av svavelsyra (i huvudsak samma elektrolys): under processen med överström på ett kraftigt urladdat batteri (bilen har ingen strömgräns) kokar elektrolyten under en kort tid, svavelsyran kommer ut tillsammans med syre och väte in i kabinen. Om rummet görs helt tätt, på grund av syre-väteblandningen (explosiv gas), kan du få en bra smäll med förstörelsen av rummet. Videon visar smäll i miniatyr: vatten under påverkan av smält koppar sönderdelas till väte och syre, och metall är mer än 1100 grader (jag kan föreställa mig hur ett rum helt fyllt med det stinker)... Om symptomen vid inandning av NaOH: frätande, brännande känsla, sår hals, hosta, andningssvårigheter, andnöd; symtom kan vara försenade. Det känns ganska passande.
...samtidigt skriver Vladimir Vernadsky att livet på jorden är omöjligt utan kolsyra löst i vatten.

Vi byter ut katoden mot en rostig järnbit. En hel serie roliga kemiska reaktioner börjar (och här är den, borsjtj!):
- rost Fe(OH) 3 och Fe(OH) 2, som baser, börjar reagera med kolsyra (frisätts vid katoden), vilket ger siderit (rödbrun): 2Fe(OH) 3 + 3H 2 CO 3 = 6H 20 + Fe2(CO3)3, Fe(OH)2 + H2CO3 = FeCO3 + 2 (H2O). Järnoxider deltar inte i reaktionen med kolsyra, eftersom det finns ingen stark värme, och syran är svag. Elektrolys reducerar inte heller järn vid katoden, eftersom dessa baser är inte en lösning, och anoden är inte järn;
- kaustiksoda, som bas, reagerar inte med baser. Nödvändiga förhållanden för Fe(OH) 2 (amfotär hydroxid): NaOH > 50 % + kokning i kväveatmosfär (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). Nödvändiga villkor för Fe(OH)3 (amfotär hydroxid): fusion (Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O). Nödvändiga förhållanden för FeO: 400-500 grader (FeO+4NaOH=2H 2 O+Na 4 FeO 3). Eller kanske det finns en reaktion med FeO? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - men endast vid en temperatur på 400-500 grader. Okej, natriumhydroxiden kanske tar bort en del av järnet och rosten bara faller av? Men här är en bummer: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 - men när det kokar i en kväveatmosfär. Varför i helvete tar en kaustiksodalösning utan elektrolys bort rost? Men det tar inte bort det på något sätt (jag tömde den klara lösningen av kaustiksoda från Auchan). Den tar bort fett, och i mitt fall, med en bit Matiz, löste den upp färgen och primern (primerns motståndskraft mot NaOH ligger i dess prestandaegenskaper) - vilket exponerade en ren järnyta, rosten försvann helt enkelt. Slutsats: soda behövs bara för att producera syra genom elektrolys, som rengör metallen och tar på sig rost i en accelererad takt; Natriumhydroxid verkar inte vara till någon nytta (men kommer att reagera med skräp i katoden och rengöra den).

Om tredjepartsämnen efter elektrolys:
- lösningen ändrade färg och blev "smutsig": med reagerade baser Fe(OH) 3, Fe(OH) 2;
- svart plack på strykjärnet. Första tanke: järnkarbid Fe 3 C (trijärnkarbid, cementit), olöslig i syror och syre. Men förhållandena är inte desamma: för att få det måste du applicera en temperatur på 2000 grader; och i kemiska reaktioner finns det inget fritt kol att förena järnet. Andra tanke: en av järnhydriderna (mättnad av järn med väte) - men detta är också felaktigt: villkoren för att erhålla är inte desamma. Och så kom det: järnoxid FeO, den basiska oxiden reagerar inte med vare sig syra eller natriumhydroxid; samt Fe 2 O 3. Och amfotera hydroxider är belägna i lager ovanför huvudoxiderna, vilket skyddar metallen från ytterligare penetration av syre (de löser sig inte i vatten, vilket förhindrar tillgången av vatten och luft till FeO). Du kan lägga de rengjorda delarna i citronsyra: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 = 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (särskild uppmärksamhet på frigörandet av kolmonoxid och det faktum att syran och metallen äter vid kontakt) - och FeO avlägsnas med en vanlig borste. Och om du värmer den högre oxiden i kolmonoxid utan att brännas, kommer det att reducera järn: Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2;
- vita flingor i lösning: vissa salter som är olösliga under elektrolys i antingen vatten eller syra;
- andra ämnen: järn är initialt "smutsigt", vatten destilleras inte initialt, upplösning av anoden.

Den andra av de möjliga orsakerna till den kvävande "gasen" är en fysisk och kemisk process: järn är som regel inte rent - med galvanisering, primer och andra främmande ämnen; och vatten - med mineraler, sulfater, etc. Deras reaktion under elektrolys är oförutsägbar, allt kan släppas ut i luften. Men min pjäs var så liten (0,5x100x5) och kranvatten (dåligt mineraliserat) - detta skäl är osannolikt. Dessutom har idén om närvaron av främmande ämnen i själva soda försvunnit: bara detta anges på förpackningen.

Den tredje möjliga orsaken till kvävande gas är en kemisk process. Om katoden återställs måste anoden förstöras genom oxidation, om inte inert. Rostfritt stål innehåller cirka 18 % krom. Och detta krom, när det förstörs, kommer in i luften i form av sexvärt krom eller dess oxid (CrO 3, kromsyraanhydrid, rödaktig - vi kommer att prata om det senare), ett starkt gift och cancerframkallande med fördröjd katalys av lungcancer. Dödlig dos 0,08g/kg. Antänder bensin vid rumstemperatur. Frigörs vid svetsning av rostfritt stål. Det läskiga är att symtomen är desamma som natriumhydroxid vid inandning; och natriumhydroxid verkar redan som ett ofarligt djur. Att döma av beskrivningarna av fall av åtminstone bronkial astma måste du arbeta som takläggare i 9 år och andas detta gift; dock beskrivs en tydlig fördröjd effekt - det vill säga den kan skjuta både 5 och 15 år efter en enda förgiftning.

Hur man kontrollerar om krom har frigjorts från rostfritt stål (var - frågan kvarstår). Efter reaktionen blev bulten blankare jämfört med samma bult från samma batch - ett dåligt tecken. Som det visade sig är rostfritt stål så länge kromoxid finns i form av en skyddande beläggning. Om kromoxid förstördes genom oxidation under elektrolys, betyder det att en sådan bult kommer att rosta mer intensivt (fritt järn kommer att reagera, och då kommer kromet i det orörda rostfria stålet att oxideras till CrO). Därför skapade jag alla förutsättningar för att de två bultarna skulle rosta: saltvatten och en lösningstemperatur på 60-80 grader. Rostfritt stål A2 12Х18Н9 (Х18Н9): den innehåller 17-19% krom (och i rostfria järn-nickellegeringar finns det ännu mer krom, upp till ~35%). En av bultarna har rostat på flera ställen, alla ställen i kontaktområdet mellan det rostfria stålet och lösningen! Den rödaste är längs kontaktlinjen med lösningen.

Och min lycka är att strömstyrkan då bara var 0,15A under elektrolysen, köket var stängt och fönstret i det öppet. Det var tydligt inpräntat i mitt sinne: uteslut rostfritt stål från elektrolys eller gör det i ett öppet område och på avstånd (det finns inget rostfritt stål utan krom, detta är dess legeringselement). Eftersom rostfritt stål INTE är en inert anod under elektrolys: det löser upp och frigör giftig kromoxid; soffkemister, slå i väggen innan någon dör av ditt råd! Frågan kvarstår: i vilken form, hur mycket och var; men med hänsyn tagen till frisättningen av rent syre vid anoden är CrO redan oxiderad till den mellanliggande oxiden Cr 3 O 2 (även giftig, MPC 0,01 mg/m 3), och sedan till den högre oxiden CrO 3: 2Cr 2 O 3 + 3O2 = 4CrO3. Det senare förblir ett antagande (den nödvändiga alkaliska miljön är närvarande, men det krävs hög värme för denna reaktion), men det är bättre att vara på den säkra sidan. Även blod- och urintester för krom är svåra att göra (ingår inte i prislistor, inte ens i ett utökat allmänt blodprov).

Inert elektrod - grafit. Du måste gå till trolleybussdepån och ta bort de kasserade borstarna. För även på Aliexpress är det 250 rubel per pin. Och detta är den billigaste av de inerta elektroderna.

Och här är ett annat verkligt exempel när soffelektronik ledde till materialförluster. Och till rätt kunskap, verkligen. Som i den här artikeln. Fördelarna med soffsamtal? - osannolikt, de skapar förödelse; och du måste torka upp efter dem.

Jag är benägen till den första orsaken till den kvävande "gasen": avdunstning i luften av en lösning av natriumhydroxid i kolsyra. För med kromoxider använder de slanggasmasker med mekanisk lufttillförsel - jag skulle ha kvävts i min patetiska RPG-67, men det var märkbart lättare att andas i den vid själva epicentret.
Hur kontrollerar man om det finns kromoxid i luften? Starta processen med vattennedbrytning i en ren lösning av soda på en grafitanod (plocka den ur en penna, men inte varje penna innehåller en ren grafitstav) och en järnkatod. Och riskera att andas luften i köket igen om 2,5 timmar. Logisk? Nästan: symtomen på kaustiksoda och sexvärt kromoxid är identiska - närvaron av kaustiksoda i luften kommer inte att bevisa frånvaron av sexvärd kromånga. Men frånvaron av lukt utan rostfritt stål kommer tydligt att indikera närvaron av sexvärt krom. Jag kollade, det luktade - en fras med hopp "hurra! Jag andades kaustiksoda, inte sexvärt krom!" Du kan berätta skämt.

Vad mer glömde du:
- Hur existerar syra och alkali tillsammans i ett kärl? I teorin bör salt och vatten dyka upp. Det finns en mycket subtil punkt här som bara kan förstås experimentellt (jag har inte testat det). Om du sönderdelar allt vatten under elektrolysen och isolerar lösningen från salterna i sedimentet - alternativ 2: kvarstår antingen en lösning av kaustiksoda eller kaustiksoda med kolsyra. Om det sistnämnda finns i sammansättningen kommer utsläppet av salt att börja under normala förhållanden och utfällningen av... soda: 2NaOH + H 2 CO 3 = Na 2 CO 3 + 2H 2 O. Problemet är att det kommer att lösas upp i vatten direkt - det är synd, du kan inte smaka på det och jämföra det med den ursprungliga lösningen: plötsligt har kaustiksodan inte reagerat helt;
- Samverkar kolsyra med järn själv? Frågan är allvarlig, för... Bildningen av kolsyra sker precis vid katoden. Du kan kontrollera genom att skapa en mer koncentrerad lösning och göra elektrolys tills en tunn metallbit är helt upplöst (har inte kontrollerat). Elektrolys är en mer skonsam metod för att ta bort rost än syraetsning;
- Vilka är symptomen på att andas in detonerande gas? Nej + ingen lukt, ingen färg;
– Reagerar kaustiksoda och kolsyra med plast? Utför identisk elektrolys i plast- och glasbehållare och jämför lösningens grumlighet och genomskinligheten på behållarens yta (jag testade det inte på glas). Plast - har blivit mindre genomskinlig vid kontaktställen med lösningen. Dessa visade sig dock vara salter som lätt kunde tas bort med ett finger. Därför reagerar inte livsmedelsgodkänd plast med lösningen. Glas används för att lagra koncentrerade alkalier och syror.

Om du har andats in mycket skållningsgas, oavsett om det är NaOH eller CrO 3, behöver du ta "unitiol" eller liknande läkemedel. Och den allmänna regeln gäller: oavsett vilken förgiftning som inträffar, oavsett styrka och ursprung, drick mycket vatten under de kommande 1-2 dagarna, om dina njurar tillåter. Uppgiften: att ta bort giftet från kroppen, och om kräkningar eller upphostning inte gör detta, ge ytterligare möjligheter till levern och urinvägarna att göra detta.

Det mest irriterande är att det här är hela 9:ans läroplan. Fan, jag är 31 år gammal - och jag kommer inte klara Unified State Exam...

Elektrolys är intressant eftersom det vrider tillbaka tiden:
- en lösning av NaOH och H 2 CO 3 under normala förhållanden kommer att leda till bildning av soda, men elektrolys inverterar denna reaktion;
- järn oxideras under naturliga förhållanden, men reduceras under elektrolys;
- väte och syre tenderar att kombineras på vilket sätt som helst: blandas med luft, brinna och bli vatten, absorberas eller reagerar med något; elektrolys, tvärtom, genererar gaser av olika ämnen i sin rena form.
En lokal tidsmaskin, inte mindre: den återställer positionen för molekylerna av ämnen till deras ursprungliga tillstånd.

Enligt reaktionsformlerna är en lösning av kaustiksoda i pulverform farligare under skapandet och elektrolysen, men mer effektiv i vissa situationer:
- för inerta elektroder: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (lösningen är en källa till rent väte och syre utan föroreningar);
- reagerar mer intensivt med organiska material, det finns ingen kolsyra (ett snabbt och billigt avfettningsmedel);
- om du tar järn som en anod kommer det att börja lösas upp vid anoden och reduceras vid katoden, vilket förtjockar järnskiktet på katoden i frånvaro av kolsyra. Detta är ett sätt att återställa katodmaterialet eller belägga det med en annan metall när det inte finns någon lösning med den önskade metallen till hands. Borttagning av rost, enligt försöksledare, går också snabbare om anoden är gjord av järn när det gäller soda;
- men koncentrationen av NaOH i luften under avdunstning kommer att vara högre (du måste fortfarande bestämma vad som är farligare: kolsyra med kaustiksoda eller fukt med kaustiksoda).

Tidigare skrev jag om utbildning att mycket tid slösas bort i skolan och universitetet. Den här artikeln ändrar inte denna åsikt, eftersom den genomsnittliga personen inte kommer att behöva matan, organisk kemi eller kvantfysik i livet (endast på jobbet, och när jag behövde matan 10 år senare, lärde jag mig det igen, jag kom inte ihåg någonting på Allt). Men oorganisk kemi, elektroteknik, fysikaliska lagar, ryska och främmande språk - det här är vad som bör prioriteras (vi bör också introducera psykologin för könsinteraktion och grunderna för vetenskaplig ateism). Nu studerade jag inte på fakulteten för elektronik; och sedan bam, det hände - och jag lärde mig att använda Visio, och jag lärde mig MultiSim och några av elementsymbolerna osv. Även om jag hade studerat på Psykologiska fakulteten hade resultatet blivit detsamma: fast i livet – bet i det – räknat ut det. Men om betoningen på naturvetenskap och språk stärktes i skolan (och ungdomar förklarades varför den stärktes), skulle livet bli lättare. Både i skolan och på institutet i kemi: man pratade om elektrolys (teori utan praktik), men inte om ångornas toxicitet.

Slutligen ett exempel på framställning av rena gaser (med inerta elektroder): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. Det vill säga, först förgiftar vi oss själva med rent klor och sedan exploderar vi med väte (återigen till frågan om säkerheten för de frigjorda ämnena). Om det fanns en lösning av CuSO 4, och katoden var järn, skulle metallen lämna basen och lämna en syrehaltig sur rest SO4 2-, den deltar inte i reaktionerna. Om den sura återstoden inte innehöll syre skulle den sönderdelas till enkla ämnen (som kan ses i exemplet med C 1 - frisatt som Cl 2).

(tillagt 2016-05-24) Om du behöver koka NaOH med rost för deras ömsesidiga reaktion - varför inte? Kväve i luften är 80%. Effektiviteten av rostborttagning kommer att öka avsevärt, men då måste denna process göras utomhus.

Om hydrering av metall (ökad bräcklighet): Jag hittade inga formler eller adekvata åsikter om detta ämne. Om möjligt kommer jag att elektrolysera metallen i flera dagar, lägga till ett reagens och sedan slå med en hammare.

(tillagt 2016-05-27) Grafit kan tas bort från ett använt saltbatteri. Om den envist motstår demontering, deformera den i ett skruvstycke.

(tillagt 2016-10-06) Hydrogenering av metall: H + + e - = H adc. H ads + H ads = H 2, där ADS är adsorption. Om en metall har förmågan att under nödvändiga förhållanden lösa upp väte i sig själv (det är antalet!), så löser den upp det i sig själv. Förekomstförhållandena för järn har inte upptäckts, men för stål beskrivs de i boken av A.V. Schrader. "Vägas inverkan på kemikalie- och petroleumutrustning." I figur 58 s. 108 finns en graf av märke 12Х18Н10Т: vid ett tryck jämförbart med atmosfärstryck och en temperatur på 300-900 grader: 30-68 cm 3 /kg. Figur 59 visar beroenden för andra stålsorter. Den allmänna formeln för hydrering av stål: K s = K 0 e -∆H/2RT, där K 0 är pre-exponentialfaktorn 1011 l/mol s, ∆H är upplösningsvärmet för stål ~1793K), R är den universella gaskonstanten 8,3144598 J/(mol ·K), T - medeltemperatur. Som ett resultat har vi vid rumstemperatur 300 K K s = 843 L/mol. Numret är inte korrekt, du måste dubbelkolla parametrarna.

(tillagt 2016-12-06) Om kaustiksoda inte interagerar med metaller utan hög temperatur är det ett säkert (för metall) avfettningsmedel för pallar, krukor och annat (järn, koppar, rostfritt stål - men inte aluminium, teflon, titan, zink).

Med inspiration – förtydliganden. Den preexponentiella faktorn K 0 ligger i intervallet 2,75-1011 l/mol s, detta är inte ett konstant värde. Dess beräkning för rostfritt stål: 10 13 · C m 2/3, där C m är stålets atomtäthet. Atomdensitet av rostfritt stål 8 · 10 22 at/cm 3 - K 0 = 37132710668902231139280610806.786 at/cm 3 = - och sedan sitter allt fast.

Om man tittar noga på Schraders grafer kan man göra en ungefärlig slutsats om hydreringen av stål i HC (en temperaturminskning med 2 gånger saktar ner processen med 1,5 gånger): ungefär 5,93 cm 3 /kg vid 18,75 grader Celsius - men tidpunkten för penetrering i metallen av en sådan volym anges inte. I boken av Sukhotin A.M., Zotikov V.S. "Kemisk beständighet hos material. Handbok" på sidan 95 i tabell 8 anger vätgas inverkan på stålens långtidshållfasthet. Det gör det möjligt att förstå att hydreringen av stål med väte under ett tryck på 150-460 atmosfärer ändrar den långsiktiga hållfasthetsgränsen med maximalt 1,5 gånger under en period av 1000-10000 timmar. Därför bör man inte betrakta hydreringen av stål under elektrolys i HC som en destruktiv faktor.

(tillagt 2016-06-17) Ett bra sätt att ta isär batteriet: platta inte till fodralet, utan öppna upp det som en tulpanknopp. Från den positiva ingången, böj ner delar av cylindern bit för bit - den positiva ingången tas bort, grafitstaven exponeras - och skruvas smidigt loss med en tång.

(tillagd 2016-06-22) De enklaste batterierna att plocka isär är Ashanov-batterier. Och sedan i vissa modeller finns det 8 cirklar av plast för att fixera grafitstaven - det blir svårt att dra ut det och börjar smulas sönder.

(tillagd 2016-05-07)Överraskning: grafitstaven bryts ner mycket snabbare än metallanoden: bokstavligen på några timmar. Att använda rostfritt stål som anod är den optimala lösningen om du glömmer toxicitet. Slutsatsen från hela denna historia är enkel: elektrolys bör endast utföras i det fria. Om det finns en öppen balkong i denna roll, öppna inte fönstren, utan för ledningarna genom gummitätningen (tryck bara på ledningarna med dörren). Med hänsyn till strömmen under elektrolys upp till 8A (internetuppfattning) och upp till 1,5A (min erfarenhet), såväl som den maximala spänningen för PSU PC 24V, bör tråden klassificeras till 24V/11A - detta är vilken som helst isolerad tråd med ett tvärsnitt på 0,5 mm 2.

Nu om järnoxid på en redan bearbetad del. Det finns delar som är svåra att nå in i för att torka bort svarta avlagringar (eller ett föremål under restaurering, när du inte kan gnugga ytan med en järnborste). När jag analyserade kemiska processer kom jag över en metod för att ta bort den med citronsyra och provade den. Det fungerar faktiskt också med FeO - placket försvann/smulades sönder inom 4 timmar vid rumstemperatur och lösningen blev grön. Men denna metod anses vara mindre skonsam, eftersom syra och metall äter bort (kan inte överexponeras, konstant övervakning). Dessutom krävs en sista sköljning med en läsklösning: annars äter den återstående syran bort metallen i luften, och du får en oönskad beläggning (en syl för tvål). Och du måste vara försiktig: om så mycket som 6CO frigörs med Fe 2 O 3, så är vad som frigörs med FeO svårt att förutsäga (en organisk syra). Det antas att FeO + C 6 H 8 O 7 = H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (bildning av järncitrat) - men jag frigör även gas (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6) H5O7)2 + 3H2). De skriver också att citronsyra sönderdelas i ljus och temperatur - jag kan inte hitta en korrekt reaktion.

(tillagd 2016-06-07) Jag provade citronsyra på ett tjockt lager av rost på naglar - det löste sig på 29 timmar. Som jag förväntade mig: citronsyra lämpar sig specifikt för efterrening av metall. För att rengöra tjock rost: använd en hög koncentration av citronsyra, hög temperatur (upp till kokning), frekvent omrörning - för att påskynda processen, vilket är obekvämt.

I praktiken är en sodalösning efter elektrolys svår att regenerera. Det är inte klart: tillsätt vatten eller tillsätt läsk. Att tillsätta bordssalt som katalysator dödade lösningen fullständigt + grafitanoden kollapsade på bara en timme.

Totalt: grov rost avlägsnas genom elektrolys, FeO etsas med citronsyra, delen tvättas med sodalösning - och nästan rent järn erhålls. Gas när den reagerar med citronsyra - CO 2 (dekarboxylering av citronsyra), en mörk beläggning på järn - järncitrat (den är lätt att rensa bort, har inga skyddande funktioner, löslig i varmt vatten).

I teorin är dessa metoder för att ta bort oxider idealiska för att återställa mynt. Såvida inte svagare proportioner av reagens behövs för lägre lösningskoncentrationer och lägre strömmar.

(tillagd 2016-09-07) Utförde experiment med grafit. Det är under elektrolysen av soda som den förstörs extremt snabbt. Grafit är kol, när det löses upp vid elektrolysen kan det reagera med stål och fälla ut järnkarbid Fe 3 C. Villkoret 2000 grader är inte uppfyllt, men elektrolys är inte NU.

(tillagt 2016-10-07) Vid elektrolysering av soda med grafitstavar bör spänningen inte ökas över 12V. Ett lägre värde kan behövas - håll ett öga på grafitnedbrytningstiden vid din spänning.

(tillagd 2016-07-17) Upptäckte en metod för lokal rostborttagning.

(tillagt 2016-07-25) Istället för citronsyra kan du använda oxalsyra.

(tillagt 2016-07-29) Stålkvaliteterna A2, A4 och andra är skrivna med engelska bokstäver: importerat och från ordet "austenitisk".

(tillagt 2016-11-10) Det visar sig att det finns ytterligare en typ av rost: järnmetahydroxid FeO(OH). Bildas när järn begravs i marken; i Kaukasus använde man denna metod för att rosta bandjärn för att mätta det med kol. Efter 10-15 år blev det resulterande högkolhaltiga stålet sablar.

Att skapa järn (läs gjutjärn och stål) genom elektrolys snarare än konventionell smältning skulle kunna förhindra att en miljard ton koldioxid släpps ut i atmosfären varje år. Så säger Donald Sadoway från Massachusetts Institute of Technology (MIT), som utvecklade och testade en "grön" metod för att producera järn genom elektrolys av dess oxider.

Om processen som demonstrerades i laboratoriet skulle skalas upp skulle den kunna eliminera behovet av konventionell smältning, som släpper ut nästan ett ton koldioxid i atmosfären för varje ton stål som produceras.

I konventionell teknik kombineras järnmalm med koks. Koksen reagerar med järnet och producerar CO 2 och kolmonoxid och lämnar en järn-kollegering som kallas gjutjärn, som sedan kan smältas till stål.

I Sadoways metod blandas järnmalm med ett lösningsmedel - kiseldioxid och bränd kalk - vid en temperatur av 1600 grader Celsius - och en elektrisk ström leds genom blandningen.

Negativt laddade syrejoner migrerar till den positivt laddade anoden, varifrån syret kommer ut. Positivt laddade järnjoner vandrar till den negativt laddade katoden, där de reduceras till järn, som samlas upp vid basen av cellen och pumpas ut.

En liknande process används vid framställning av aluminium (och kräver en hel del el), vars oxid är så stabil att den faktiskt inte kan reduceras med kol i en masugn, som till exempel producerar gjutjärn. Och det är tydligt att stålindustrin aldrig har haft någon anledning att gå över till elektrolys av järnmalm, eftersom den lätt reduceras av kol.

Men om regeringar runt om i världen börjar införa högre skatter på utsläpp av växthusgaser – i synnerhet koldioxid – så kan en ny metod för att tillverka gjutjärn bli mer attraktiv. Det är sant, från laboratorieinstallationer av detta slag till industriella installationer, som forskarna uppskattar, kommer det att ta 10-15 år.

Författaren till tidningen säger att det största hindret är att hitta ett praktiskt material för anoden. I sina experiment använde han en anod gjord av grafit. Men tyvärr reagerar kolet med syre och släpper ut lika mycket koldioxid i luften som vid normal järnsmältning.

Idealiska platinaanoder är till exempel för dyra för storskalig produktion. Men det kan finnas en väg ut - i valet av några resistenta metallegeringar som bildar en oxidfilm på sin yttre yta, men ändå leder elektricitet. Konduktiv keramik kan också användas.

Ett annat problem är att den nya processen använder mycket el - cirka 2 tusen kilowattimmar per ton producerat järn. Så ekonomisk och till och med miljömässig mening i en ny metod för att tillverka gjutjärn kommer endast att dyka upp under förutsättning att denna elektricitet kommer att genereras på något miljövänligt och samtidigt billigt sätt, utan att släppa ut koldioxid. Metodens författare medger detta själv.

Industriella kvaliteter av tekniskt rent järn (typ Armco), erhållna med pyrometallurgisk metod, har en renhetsgrad på 99,75-99,85%. Ytterligare avlägsnande av huvudsakligen icke-metalliska föroreningar (C, O, S, P, N) som finns i detta järn är möjligt genom speciell omsmältning i högvakuum eller glödgning i en atmosfär av torrt väte. Men även efter sådan behandling når föroreningshalten 2000-1500 ppm järn, med huvudföroreningarna C, P, S, Mn och O.
Järn med högre renhetsgrad erhålls med elektrolytiska och kemiska metoder, men det kräver också ytterligare komplex rening.
Genom elektrolytiska metoder erhålls järn från måttligt koncentrerade eller koncentrerade lösningar av järn(II)klorid respektive sulfat, vid låga strömtätheter och rumstemperaturer eller höga densiteter och temperaturer av storleksordningen 100°.
Enligt en av metoderna fälldes järn ut från en lösning med följande sammansättning, g/l: 45-60 Fe2+ (i form av FeCl2), 5-10 BaCl2 och 15 NaHCOs. Armco järn eller Ural takjärnsplåtar användes som anoder och ren aluminium som katoder. Elektrolys utfördes vid rumstemperatur och en strömtäthet på 0,1 A/dm2. En fällning med en grovkristallin struktur erhölls, innehållande ca 0,01% C, spår av fosfor och fri från svavel.
Renheten hos elektrolytiskt järn beror på renheten hos elektrolyten och renheten hos anodmetallen. Under utfällning kan föroreningar som är ädlare än järn, såsom tenn, zink och koppar, avlägsnas. Nickel, kobolt och mangan kan inte avlägsnas. Den totala halten av föroreningar i elektrolytiskt järn är ungefär densamma som i kommersiellt rent järn. Den innehåller vanligtvis en betydande mängd syre (upp till 0,1-0 2%), såväl som svavel (0,015-0,05%), om utfällning utfördes från sulfatbad.
Avlägsnande av syre från elektrolytiskt järn utförs genom reduktionsprocesser: behandling av flytande eller fast metall med väte eller deoxidation av smältan i ett vakuum med kol. Genom glödgning i en ström av torrt väte vid 900-1400° är det möjligt att minska syrehalten till 0,003%.
För att erhålla högrent järn i semi-industriell skala används en metod för reduktion med väte i en vakuumsmältanläggning. Det elektrolytiska järnet avsvavlas först genom mangandopning i en kalk-flusspatdegel under en kolmonoxidatmosfär (svavelhalt reducerad från 0,01 till 0,004%), sedan reduceras smältan med väte genom att blåsa eller spola i en aluminiumoxiddegel. Samtidigt var det möjligt att minska syrehalten till 0,004-0,001 %. Metallavsvavling kan också utföras i högvakuum med hjälp av tillsatser till smältan av metaller (tenn, antimon, vismut) som bildar flyktiga sulfider. Genom att deoxidera smältan med kol i högvakuumugnar är det möjligt att få järn med en syre- och kolhalt på upp till 0,002 % vardera.
Framställningen av järn med lägre syrehalt genom deoxidation i högt vakuum kompliceras av metallens interaktion med degelmaterialet, vilket åtföljs av övergången av syre till metallen. De bästa degelmaterialen som säkerställer minimal syreöverföring är ZrO2 och ThO2.
Järn med hög renhet erhålls också med karbonylmetoden från pentakarbonyl Fe(CO)5 genom att sönderdela det vid 200-300°. Karbonyljärn innehåller inte de föroreningar som vanligtvis följer med järn - svavel, fosfor, koppar, mangan, nickel, kobolt, krom, molybden, zink, kisel. Specifika föroreningar i det är kol och syre. Närvaron av syre beror på sekundära reaktioner mellan den resulterande koldioxiden och järn. Kolhalten når 1%; den kan reduceras till 0,03 % genom att tillsätta en liten mängd ammoniak till järnkarbonylångan eller behandla järnpulvret i väte. Avlägsnande av kol och syre uppnås med samma vakuumsmältningsmetoder som används för elektrolytiskt järn.
Det renaste järnet kan erhållas kemiskt, men denna metod är mycket komplicerad och gör det möjligt att få fram metallen i små mängder. I kemiska metoder för att rena järnsalter från föroreningar Co, Ni, Cu, Cr, Mn, används omkristallisation, utfällningsreaktioner eller extraktion av föroreningar genom utfällning.
En av de kemiska metoderna som gör det möjligt att erhålla järn med en mycket hög renhetsgrad (mindre än 30-60 ppm av föroreningar) inkluderar följande sekventiella steg:
1) extraktion av FeCl3-komplexet med eter från en 6-N HCl-lösning med regenerering av vattenlösningen och efterföljande extraktion av etern;
2) reduktion av FeCls till FeCl2 med högrent järn;
3) ytterligare rening av FeCl2 från koppar genom behandling med ett svavelreagens och sedan med eter;
4) elektrolytisk avsättning av metall från FeCl2-lösning;
5) glödgning av metallkorn i väte (för att avlägsna syre och kol);
6) produktion av kompaktjärn med pulvermetallurgi (pressning till stavar och sintring i väte)
Det sista steget kan utföras genom smältning av degelfri zon, vilket eliminerar nackdelen med vakuumbearbetning - överföringen av syre från degeln till metallen.

14.06.2019

Bockmaskin för armering från Avangard. Funktionsprincipen, designfunktioner och översiktsdata för enheter, enheter, apparater och annan utrustning för bockning...

14.06.2019

När du byter ut ett handfat i ett köksutrymme, under installationen av en kran, badkar, fönster och dörrar, tillhandahålls användning av tätningsmedel. Dessa är speciella kompositämnen...

13.06.2019

Huvudsyftet med sprutboxen är högkvalitativ och enhetlig lackering av fordonet. Naturligtvis kan en sådan metod inte kallas...

13.06.2019

Almalyk gruv- och metallurgiska företag har börjat implementera den andra etappen av programmet som syftar till att bygga järnväg...

13.06.2019

Svarvning är en av de typer av produktbearbetning, under vilken ett standardmetallämne omvandlas till det nödvändiga strukturelementet. För utförande...

13.06.2019

Under åren har det funnits en märkbar trend i denna värld mot att öka produktionen av metallkonstruktioner. En betydande efterfrågan på sådana strukturer är förknippad med deras fördelar i...

12.06.2019

Det brasilianska företaget Vale gjorde ett uttalande att de planerar att tilldela en miljard niohundra miljoner US-dollar för att ta bort och öka...

12.06.2019

Terrassen, eller som man gärna kallar den, verandan, är den viktigaste egenskapen för alla hus på landet idag. Få skulle argumentera med det faktum att hon har bra...

12.06.2019

För tillfället är produkter av rostfritt stål redo att erbjuda konsumenter ett stort antal produkter såsom rostfria beslag, vinklar, sexkanter,...

När elektrisk ström passerar genom metaller (ledare av 1:a slaget) sker inga kemiska reaktioner, och metallerna förblir oförändrade. Om en elektrisk ström passerar genom en smälta eller lösning av en elektrolyt (ledare av 2:a typen) sker olika kemiska reaktioner (elektrolys) vid gränsen mellan elektrolyten och metallledaren (elektroden) och nya föreningar bildas.

Elektrolys är en uppsättning processer som uppstår när en elektrisk ström passerar genom ett elektrokemiskt system som består av två elektroder och en smält- eller elektrolytlösning.

Under elektrolys rör sig katjoner till den negativa elektroden (katoden) och anjoner till den positiva elektroden (anoden). I det här fallet är emellertid elektrolytens katjoner och anjoner inte alltid urladdade, tar emot eller donerar elektroner. Elektrolysreaktioner involverar ofta en lösningsmedel-elektrolyt, såsom vatten.

Den grundläggande skillnaden mellan reaktioner i en galvanisk cell och en elektrolysator ligger endast i deras riktning och spontanitet. I en sluten krets av en galvanisk cell sker den elektrokemiska reaktionen spontant, men i en elektrolysör sker den endast under påverkan av elektrisk ström från en extern källa.

Du bör vara uppmärksam på namnet på elektroderna: i en galvanisk cell är den negativa elektroden anoden och den positiva elektroden är katoden; i en elektrolysator, tvärtom, är den negativa elektroden katoden och den positiva elektroden är anoden.

Man bör komma ihåg att termerna "negativ" och "positiv" alltid hänvisar till strömkällans poler, vilket är hur de hänvisar till elektrolysatorns elektroder. Gemensamt för dessa processer är att både i den galvaniska cellen och i elektrolysatorn skapas ett överskott av elektroner på den negativa elektroden, och en brist på elektroner på den positiva elektroden. Vid katoden reduceras joner eller molekyler under inverkan av elektroner, vid anoden oxideras partiklar och avger sina elektroner till elektroden.

I elektrolysatorkatjonerna (M n+) flytta till katoden (–) och anjoner (A n–) - till anoden (+).

Nedbrytningsspänning elektrolyt under elektrolys kallas den lägsta spänningen (extern emk) som måste appliceras på elektroderna. Till exempel, för en lösning av zinkklorid under standardförhållanden:

Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = – 0,76 V,

Cl2+2 ē = 2Cl – φ° = + 1,36 V,

och sönderdelningsspänningen är lika (i absolut värde) med summan av standardelektrodpotentialerna för båda elektroderna: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, dvs. sönderdelningsspänningen kan inte vara lägre än emk för motsvarande galvaniska cell.

Nedbrytningsspänning består av potentialerna för två elektroder - jonurladdningspotentialerna.

Vakuumpotential katjon kallas ibland avsättningspotential metall Detta är den minsta potential som måste appliceras på elektroden för att katjonen ska förlora laddning och metallavsättning ska ske. För vissa joner (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) är avsättningspotentialen nära elektrodpotentialen, medan för andra joner (Fe 2+, Co 2+, Ni 2+) överstiger deponeringspotentialerna avsevärt elektrodpotentialerna av metaller - för elektrolys är det nödvändigt viss överspänning.

Skilja på elektrolys av lösningar Och elektrolys av smältor. Elektrolys av lösningar är uppdelad i elektrolys med inerta elektroder Och elektrolys med löslig anod. Metall (Pt, Au) och icke-metalliska (grafit) elektroder kan vara inerta. Anoder gjorda av Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu, etc. används som lösliga anoder.

Vissa metaller är praktiskt taget olösliga på grund av hög anodpolarisering, till exempel Ni och Fe i en alkalisk lösning, Pb i H 2 SO 4.

Elektrolys av lösningar med inerta elektroder. Under elektrolysen av vattenhaltiga lösningar av elektrolyter frigörs ofta väte, snarare än metall, vid katoden istället för metall. I sura miljöer bildas väte genom reaktionen:

2H++ 2 ē = H2.

I neutrala och alkaliska miljöer bildas väte genom en reaktion som involverar vattenmolekyler:

2H2O+2 ē = H 2 + OH – .

Katjoner som Na+ eller K+ släpps inte ut alls i en vattenlösning, men väte frigörs.

Katjoner kan grupperas efter deras förmåga att urladdas, allt från icke urladdningsbara till lätt urladdningsbara. Samtidigt förändras också elektrolysprodukterna. För vissa katjoner är samtidig bildning av metall och väte möjlig.

Nedan är katjonerna i ordning efter minskande svårighetsgrad för deras urladdning och produkterna från elektrolys:

Katjoner Elektrolysprodukter

Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , H + (omdirigering) H 2

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

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

Cu2+, Ag+, Au3+M

De olika positionerna för väte i denna serie förklaras av följande skäl. Vätepositionen mellan bly och koppar motsvarar de numeriska värdena för standardelektrodpotentialer vid MED M n+ = MED H+ = 1 mol/l, dvs. vid pH=0. Vätets position mellan järn och kobolt motsvarar elektrodpotentialen för väte i vatten vid pH = 7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). Under dessa förhållanden kan alla metaller fällas ut från lösningar, värdet av φ ° som är större än –0,414 V. Men i praktiken är det, förutom kobolt, nickel, tenn och bly, även möjligt att fälla ut zink, krom och järn från vattenlösningar. Detta förklaras av det faktum att utsläppet av vätgas vid katoden hämmas av väteöverspänning.

Således, i serien av katjoner från Li + upp till A1 3+ ingen metall bildas, och under elektrolys frigörs väte på grund av vattenreduktionen. I serien av katjoner från Mn 2+ till Pb 2+ Under elektrolys bildas metall och väte samtidigt, och slutligen i serien Cu 2+ - Au 3+ endast metall bildas.

Följaktligen, ju längre till vänster (närmare början) en metall är i serien av standardelektrodpotentialer (spänningsserier), desto svårare är det att isolera denna metall genom elektrolys av en vattenlösning.

Om en gradvis ökande spänning appliceras på en lösning som innehåller flera katjoner, börjar elektrolysen när avsättningspotentialen för katjonen med den högsta elektrodpotentialen (mest positiv) uppnås. Under elektrolys av en lösning innehållande zinkjoner (φ °= –0,76 V) och koppar (φ ° = +0,34 V) frigörs koppar först vid katoden, och först efter att nästan alla Cu 2+-joner urladdats börjar zink frigöras. Således, om lösningen samtidigt innehåller olika katjoner, kan de under elektrolys isoleras sekventiellt i enlighet med värdena för deras elektrodpotentialer. Det antas att överspänningen för metallutlösning för dem är ungefär densamma (och liten).

Rörande anjonurladdningspotentialer, då är bilden här mycket mer komplicerad på grund av vattnets förmåga att delta i elektrolysprocessen. Generellt kan vi säga att anjonerna med den lägsta potentialen (minst positiva) urladdas vid anoden först. Om lösningen innehåller joner Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φ° = 1,09 V) och I - (φº = 0,54 V), så kommer jod att bildas först, sedan brom och slutligen klor. Fluoridjoner i en vattenlösning kan inte släppas ut alls (φ ° = 2,87 V).

De flesta syrehaltiga anjoner (förutom acetatjoner) släpps inte ut i en vattenlösning; istället sönderdelas vatten i sura och neutrala lösningar:

2H2O – 4 ē = O2 + 4H+,

och i alkaliska lösningar - utsläpp av hydroxidjoner:

2OH – – 2 ē = 1/2 O2 + H2O.

Anjoner, beroende på sin förmåga att urladdas under elektrolysen av vattenlösningar, finns i följande rad från anjoner av syrehaltiga syror som SO 4 2–, NO 3 – som inte släpps ut i en vattenlösning till de som lätt urladdas:

Anjoner Elektrolysprodukter

SO 4 2–, NO 3 – etc., OH – O 2

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

S 2– S, SO 2 (+ O 2)

Således kan vi formulera följande huvud regler för elektrolys av vattenlösningar av elektrolyter med olösliga elektroder:

1. Av elektrolyternas anjoner urladdas först anjonerna av syrefria syror (Cl–, Br–, S2– etc.) vid anoden.

2. Anjoner av syrehaltiga syror (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2–, etc.) släpps inte ut i närvaro av vatten, istället oxideras vatten enligt reaktionen:

2H2O – 4 ē = O2 + 4H+.

3. Aktiva metaller som ligger i spänningsområdet upp till Al (inklusive) reduceras inte vid katoden, vatten reduceras istället:

2H2O+2 ē = H2 + 2OH – .

4. Metaller som finns i spänningsserien efter aluminium, men före väte, reduceras vid katoden tillsammans med vattenmolekyler:

K: 1) Zn 2+ + 2 ē = Zn

2) 2H2O + 2 ē = H2 + 2OH – .

5. Metaller med positiv elektrodpotential reduceras först vid katoden:

Cu 2+ + 2 ē = Cu

Till exempel, under elektrolysen av svavelsyra (grafitelektroder), inträffar följande processer:

vid katoden 2H++ 2 ē = H 2,

vid anoden 2H2O – 4 ē = O2 + H+.

Sammanfattningsekvation:

2H2O = 2H2 + O2,

de där. Under elektrolysen av en svavelsyralösning frigörs väte och syre på grund av nedbrytningen av vattenmolekyler. Elektrolysprodukter: väte och syre.

Elektrolys av kopparsulfatlösning:

vid katodenСu 2 + + 2 ē = Cu,

vid anoden 2H2O – 4 ē = O2 + 4H+

Sammanfattningsekvation:

2Cu2+ + 2H2O = 2Cu + O2 + 4H+

2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4.

Elektrolysprodukter: koppar, syre, svavelsyra.

Möjligheten för anjonurladdning beror på dess koncentration. Således är elektrolysprodukterna av koncentrerade och utspädda NaCl-lösningar klor respektive syre.

Elektrolys av en utspädd lösning av natriumklorid sker utan urladdning av Cl – joner (och följaktligen Na + joner), dvs. vattennedbrytning sker. När saltkoncentrationen vid anoden ökar, tillsammans med syre, börjar frisättningen av klor, och klor (med en inblandning av syre) bildas i koncentrerade lösningar:

vid katoden 2H2O+2 ē = H 2 + 2OH –

vid anoden 2Sl – – 2 ē = Cl2 .

Sammanfattningsekvation:

2Cl – + 2H2O = H2 + Cl2 + 2OH –

2NaCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2NaOH.

Elektrolysprodukter: väte, klor och natriumhydroxid.

När det gäller frigöring av klor under elektrolysen av kloridlösningar, överlagras huvudprocessen för klorbildning på reaktionerna av interaktion mellan klor och vatten (hydrolys) och efterföljande omvandlingar av de resulterande ämnena. Hydrolys av klor sker med bildning av svaga underklorsyrlighet och kloridjoner (saltsyra):

Cl2 + H2O = H + + Cl – + HC1O.

Underklorsyra med alkali som bildas vid elektrolys (närmare bestämt Na + +OH –) ger natriumhypoklorit NaClO som produkt. I en alkalisk miljö har den övergripande reaktionsekvationen formen:

Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O.

Vid förhöjda temperaturer (kokande vatten) sker klorhydrolys med bildning av kloratjon. Möjliga reaktionsekvationer:

3Cl2 + 3H2O = ClO3 – + 5 Cl – + 6H+,

3HClO = СlO 3 – + 2Сl – ​​​​+ 3Н +,

3СlО – = СlO 3 – + 2Сl – ​​​​.

I en alkalisk miljö har den övergripande ekvationen formen

3Cl2 + 6NaOH = NaClO3 + 5NaCl + 3H2O.

Elektrolys med diafragma. Under elektrolys av en utspädd lösning av natriumklorid flyttas Na + joner till katoden, men väte frigörs:

2H2O+2 ē = H 2 + OH –

och natriumhydroxidlösningen koncentreras.

Kloridjoner flyttar till anoden, men på grund av deras låga koncentration bildas huvudsakligen syre snarare än klor:

2H2O – 4 ē = O2 + 4H+

och saltsyralösningen koncentreras.

Om elektrolys utförs i en bägare eller liknande kärl blandas alkali- och syralösningarna och elektrolysen reduceras till bildning av väte och syre på grund av vattensönderdelning. Om anod- och katodutrymmena är åtskilda av en skiljevägg (membran) som tillåter strömförande joner att passera men förhindrar blandning av nära-elektrodlösningar, kan syra- och alkalilösningar erhållas som elektrolysprodukter.

Under elektrolysen av en natriumkloridlösning bildas hydroxidjoner vid katoden genom reaktionen:

2H2O+2 ē = H 2 + 2OH –

omedelbart börja delta i överföringen av elektricitet och, tillsammans med C1-joner, flytta till anoden, där båda jonerna släpps ut och en blandning av syre och klor bildas. Därför minskar klorutbytet. Om anoden är gjord av kol (grafit) så oxideras den av syre och koloxiderna CO och CO 2 bildas som förorenar klor. Därefter interagerar klor som bildas vid anoden med hydroxidjoner:

C12 + OH – = H + + Cl – + OCl – .

Bildandet av hypokloritjoner är också en oönskad process (om det inte är målet att erhålla en natriumhypokloritlösning). Alla dessa oönskade konsekvenser kan undvikas om man använder ett membran som separerar katod- och anodutrymmen och håller kvar OH - joner, men låter Cl - joner passera igenom. Slutligen förhindrar membranet diffusion av gaser och gör att renare väte kan produceras.

Om lösningen innehåller flera anjoner är det svårare att förutsäga sekvensen av deras urladdning vid anoden än katjoner, men generellt sett är regeln att anjonen kännetecknas av det lägsta potentialvärdet (eller det högsta negativa värdet på elektroden potentialen för reaktionen som äger rum vid anoden) töms först.

Elektrolys av lösningar med en löslig anod. Elektrolys med en löslig anod är möjlig när metallen avger elektroner lättare än Cl–, OH– joner eller vattenmolekyler. Till exempel på en kopparanod i en lösning av kopparklorid eller -sulfat frigörs inte klor eller syre, utan Cu 2+-joner passerar in i lösningen. Samtidigt urladdas samma joner vid katoden och metallisk koppar avsätts. Således reduceras elektrolys med en löslig anod till överföring av koppar från anoden till katoden.

Reaktionen vid anoden är i de flesta fall komplicerad av ett flertal sido- och ofta oönskade processer. Till exempel kan de resulterande jonerna bilda oxider, hydroxider och deras filmer:

M2+ + 2OH – = MO + H2O.

Syre kan också frigöras vid anoden:

2H2O – 4 ē = O2 + 4H+,

som kan delta i en mängd olika reaktioner i det elektrolytiska systemet.

När gasformiga produkter, särskilt syre, bildas, motsvarar i de flesta fall nedbrytningspotentialerna inte elektrodpotentialerna på grund av höga överspänningsvärden . Överspänning är skillnaden mellan den faktiska nedbrytningsspänningen och EMF för motsvarande reaktion teoretiskt beräknad från elektrodpotentialerna. Det frigjorda ämnets natur (för klor, brom och jod är överspänningen mycket liten) och elektrodens material har en särskilt stark inverkan på överspänningens storlek. Nedan finns data om överspänning under utvecklingen av väte och syre vid olika katoder och anoder.

Elektrodöverspänning, V

Väte Syre

Pt svärtad 0,00 0,2–0,3

Pt glänsande 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

Överspänning beror också på formen på elektroderna, tillståndet på deras yta, strömtäthet, lösningens temperatur, intensiteten av lösningens omrörning och andra faktorer.

Överspänningen för väte på järn är ~ 0,1 V, och syre på samma material är ~ 0,3 V. Därför kommer överspänningen under elektrolys på järnelektroder att vara 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Summan av detta värde och teoretiskt beräknad blir minimivärdet för urladdningsspänningen för motsvarande elektrolyt.

Attityden till överspänning är ambivalent. Å ena sidan leder överspänning till ökad energiförbrukning; å andra sidan, tack vare överspänning, är det möjligt att fälla ut många metaller från vattenlösningar som, enligt värdena för deras standardelektrodpotentialer, inte bör fällas ut. Dessa är Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , Cr. Det är tack vare överspänningen, såväl som inverkan av lösningskoncentrationen på elektrodpotentialen, som elektrolytisk krom- och nickelplätering av järnprodukter är möjlig, och till och med natrium kan erhållas från en vattenlösning på en kvicksilverelektrod.

Urladdningen av Cl – joner i en vattenlösning snarare än OH – i lösningar med höga elektrolytkoncentrationer förklaras också av syreöverspänning. Denna överspänning är dock inte tillräcklig för att orsaka urladdning av F-joner och frigöring av fritt fluor.

Storleken på överspänningen påverkas av många andra kinetiska faktorer - hastigheten för överföring av partiklar till elektroderna och avlägsnande av elektrolysprodukter, hastigheten för destruktion av hydratisering och andra skal av urladdade joner, hastigheten för kombination av atomer till diatomisk gas molekyler etc.

Lösa kemiska problem
medveten om Faradays lag
gymnasium

Författarens utveckling

Bland den stora mångfalden av olika kemiska problem, som undervisningspraktik i skolan visar, orsakas de största svårigheterna av problem vars lösning, förutom gedigna kemiska kunskaper, kräver goda kunskaper i fysikkursmaterialet. Och även om inte varje gymnasieskola uppmärksammar att lösa ens de enklaste problemen med hjälp av kunskapen om två kurser - kemi och fysik, finns problem av denna typ ibland på inträdesprov på universitet där kemi är en stor disciplin. Därför, utan att undersöka problem av den här typen i klassen, kan en lärare oavsiktligt beröva sin student chansen att gå in på ett universitet för att studera kemi.
Denna författares utveckling innehåller över tjugo uppgifter, på ett eller annat sätt relaterade till ämnet "Elektrolys". För att lösa problem av denna typ är det nödvändigt att inte bara ha goda kunskaper om ämnet "Elektrolys" i skolkemikursen, utan också att känna till Faradays lag, som studeras i skolfysikkursen.
Kanske kommer detta urval av problem inte att vara av intresse för absolut alla elever i klassen eller tillgängligt för alla. Ändå rekommenderas att uppgifter av denna typ diskuteras med en grupp intresserade elever i en cirkel eller valbar lektion. Det kan noteras med tillförsikt att problem av denna typ är komplicerade och åtminstone inte är typiska för en skolkemikurs (vi talar om en gymnasieskola), och därför kan problem av denna typ säkert inkluderas i versionerna av kemi-olympiaden i skolan eller distriktet för 10:e eller 11:e klass.
Att ha en detaljerad lösning för varje problem gör utvecklingen till ett värdefullt verktyg, särskilt för nybörjarlärare. Efter att ha gått igenom flera problem med elever under en valbar lektion eller en klubblektion, kommer en kreativ lärare säkert att tilldela flera liknande problem hemma och använda denna utveckling i processen att kontrollera läxor, vilket avsevärt kommer att spara ovärderlig lärartid.

Teoretisk information om problemet

Kemiska reaktioner som sker under inverkan av elektrisk ström på elektroder placerade i en lösning eller smält elektrolyt kallas elektrolys. Låt oss titta på ett exempel.

I ett glas vid en temperatur på cirka 700 ° C finns en smälta av natriumklorid NaCl, elektroder är nedsänkta i den. Innan en elektrisk ström passerar genom smältan rör sig Na + och Cl – jonerna kaotiskt, men när en elektrisk ström appliceras blir rörelsen av dessa partiklar ordnad: Na + jonerna rusar mot den negativt laddade elektroden och Cl – joner mot den positivt laddade elektroden.

Och han– en laddad atom eller grupp av atomer som har en laddning.

Katjon– en positivt laddad jon.

Anjon– negativt laddad jon.

Katod– en negativt laddad elektrod (positivt laddade joner – katjoner) rör sig mot den.

Anod– en positivt laddad elektrod (negativt laddade joner – anjoner) rör sig mot den.

Elektrolys av natriumkloridsmälta på platinaelektroder

Total reaktion:

Elektrolys av en vattenlösning av natriumklorid på kolelektroder

Total reaktion:

eller i molekylär form:

Elektrolys av en vattenlösning av koppar(II)klorid på kolelektroder

Total reaktion:

I den elektrokemiska serien av metallaktiviteter är koppar belägen till höger om väte, därför kommer koppar att reduceras vid katoden och klor kommer att oxideras vid anoden.

Elektrolys av en vattenlösning av natriumsulfat på platinaelektroder

Total reaktion:

Elektrolys av en vattenlösning av kaliumnitrat sker på liknande sätt (platinaelektroder).

Elektrolys av en vattenlösning av zinksulfat på grafitelektroder

Total reaktion:

Elektrolys av en vattenlösning av järn(III)nitrat på platinaelektroder

Total reaktion:

Elektrolys av en vattenlösning av silvernitrat på platinaelektroder

Total reaktion:

Elektrolys av en vattenlösning av aluminiumsulfat på platinaelektroder

Total reaktion:

Elektrolys av en vattenlösning av kopparsulfat på kopparelektroder - elektrokemisk raffinering

Koncentrationen av CuSO 4 i lösningen förblir konstant, processen kommer ner till överföringen av anodmaterial till katoden. Detta är kärnan i den elektrokemiska raffineringsprocessen (att erhålla ren metall).

När du utarbetar elektrolysscheman för ett visst salt måste du komma ihåg att:

– metallkatjoner som har en högre standardelektrodpotential (SEP) än väte (från koppar till guld inklusive) reduceras nästan helt vid katoden under elektrolys;

– metallkatjoner med små SEP-värden (från litium till aluminium inklusive) reduceras inte vid katoden, utan istället reduceras vattenmolekyler till väte;

– metallkatjoner, vars SEP-värden är lägre än väte, men större än aluminium (från aluminium till väte), reduceras samtidigt med vatten under elektrolys vid katoden;

– om en vattenlösning innehåller en blandning av katjoner av olika metaller, till exempel Ag+, Cu 2+, Fe 2+, kommer silver i denna blandning att reduceras först, sedan koppar och järn sist;

– på den olösliga anoden under elektrolysprocessen sker oxidation av anjoner eller vattenmolekyler, och anjonerna S 2–, I–, Br–, Cl– oxideras lätt;

– om lösningen innehåller anjoner av syrehaltiga syror , , , oxideras vattenmolekyler till syre vid anoden;

– om anoden är löslig, genomgår den själv oxidation under elektrolys, det vill säga den skickar elektroner till den externa kretsen: när elektroner släpps skiftar jämvikten mellan elektroden och lösningen och anoden löses upp.

Om vi ​​från hela serien av elektrodprocesser väljer endast de som motsvarar den allmänna ekvationen

M z+ + ze= M,

då får vi metallspänningsområde. Väte placeras också alltid i denna rad, vilket gör att du kan se vilka metaller som kan tränga undan väte från vattenlösningar av syror och vilka som inte är det (tabell).

Tabell

Metallspänningsintervall

Ekvationen elektrod bearbeta	Standard elektrod potential vid 25 °C, V	Ekvationen elektrod bearbeta	Standard elektrod potential vid 25 °C, 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

I en enklare form kan serien av metallspänningar representeras enligt följande:

För att lösa de flesta elektrolysproblem krävs kunskap om Faradays lag, formeln för vilken ges nedan:

m = M jag t/(z F),

Var m– massa av ämne som frigörs på elektroden, F– Faraday-tal lika med 96 485 A s/mol, eller 26,8 A h/mol, M– grundämnets molmassa reduceras under elektrolys, t– tid för elektrolysprocessen (i sekunder), jag– strömstyrka (i ampere), z– antalet elektroner som deltar i processen.

Problemförhållanden

1. Vilken massa nickel kommer att frigöras under elektrolysen av en nickelnitratlösning i 1 timme vid en ström på 20 A?

2. Vid vilken strömstyrka är det nödvändigt att utföra elektrolysprocessen av en silvernitratlösning för att erhålla 0,005 kg ren metall inom 10 timmar?

3. Vilken kopparmassa kommer att frigöras under elektrolysen av en smälta av koppar(II)klorid under 2 timmar vid en ström på 50 A?

4. Hur lång tid tar det att elektrolysera en vattenlösning av zinksulfat vid en ström av 120 A för att få 3,5 g zink?

5. Vilken massa järn kommer att frigöras under elektrolysen av en lösning av järn(III)sulfat vid en ström på 200 A i 2 timmar?

6. Vid vilken strömstyrka är det nödvändigt att utföra elektrolysprocessen av en lösning av koppar(II)nitrat för att erhålla 200 g ren metall inom 15 timmar?

7. Hur lång tid tar det att elektrolysera en smälta av järn(II)klorid vid en ström av 30 A för att få 20 g rent järn?

8. Vid vilken strömstyrka är det nödvändigt att utföra elektrolysprocessen av en lösning av kvicksilver(II)nitrat för att erhålla 0,5 kg ren metall inom 1,5 timmar?

9. Vid vilken strömstyrka är det nödvändigt att utföra elektrolysprocessen av smält natriumklorid för att få 100 g ren metall inom 1,5 timmar?

10. Kaliumkloridsmältan utsattes för elektrolys under 2 timmar vid en ström av 5 A. Den resulterande metallen reagerade med vatten som vägde 2 kg. Vilken koncentration av alkalilösning erhölls?

11. Hur många gram av en 30 % saltsyralösning krävs för att fullständigt reagera med järn erhållet genom elektrolys av en lösning av järn(III)sulfat i 0,5 timmar vid nuvarande styrka
10 va?

12. I processen för elektrolys av smält aluminiumklorid, utförd under 245 minuter vid en ström av 15 A, erhölls rent aluminium. Hur många gram järn kan erhållas med den aluminotermiska metoden genom att reagera en given massa aluminium med järn(III)oxid?

13. Hur många milliliter av en 12 % KOH-lösning med en densitet på 1,111 g/ml kommer att krävas för att reagera med aluminium (för att bilda kaliumtetrahydroxialuminat) erhållet genom elektrolys av en aluminiumsulfatlösning i 300 minuter vid en ström av 25 A?

14. Hur många milliliter av en 20% svavelsyralösning med en densitet på 1,139 g/ml kommer att krävas för att reagera med zink erhållen genom elektrolys av en lösning av zinksulfat i 100 minuter vid en ström av 55 A?

15. Vilken volym kväve(IV)oxid (n.o.) kommer att erhållas genom att reagera ett överskott av varm koncentrerad salpetersyra med krom erhållet genom elektrolys av en lösning av krom(III)sulfat i 100 minuter vid en ström av 75 A?

16. Vilken volym kväve(II)oxid (n.o.) kommer att erhållas genom växelverkan av en överskottslösning av salpetersyra med koppar erhållen genom elektrolys av en koppar(II)kloridsmälta i 50 minuter vid en ström av 10,5 A?

17. Hur lång tid tar det att elektrolysera en smälta av järn(II)klorid vid en ström av 30 A för att erhålla det järn som krävs för fullständig reaktion med 100 g av en 30 % saltsyralösning?

18. Hur lång tid tar det att elektrolysera en lösning av nickelnitrat vid en ström av 15 A för att erhålla det nickel som krävs för fullständig reaktion med 200 g av en 35 % lösning av svavelsyra vid upphettning?

19. Natriumkloridsmältan elektrolyserades vid en ström av 20 A under 30 minuter, och kaliumkloridsmältan elektrolyserades under 80 minuter vid en ström av 18 A. Båda metallerna löstes i 1 kg vatten. Hitta koncentrationen av alkalier i den resulterande lösningen.

20. Magnesium erhållet genom elektrolys av magnesiumklorid smälter i 200 minuter vid strömstyrka
10 A, löst i 1,5 l 25 % svavelsyralösning med en densitet av 1,178 g/ml. Hitta koncentrationen av magnesiumsulfat i den resulterande lösningen.

21. Zink erhålls genom elektrolys av en lösning av zinksulfat i 100 minuter vid strömstyrka

17 A, löst i 1 liter 10 % svavelsyralösning med en densitet av 1,066 g/ml. Hitta koncentrationen av zinksulfat i den resulterande lösningen.

22. Järn, erhållet genom elektrolys av en smälta av järn(III)klorid under 70 minuter vid en ström av 11 A, förvandlades till pulver och nedsänktes i 300 g av en 18% lösning av koppar(II)sulfat. Hitta massan av koppar som fälldes ut.

23. Magnesium erhållet genom elektrolys av magnesiumklorid smälter i 90 minuter vid strömstyrka
17 A, nedsänktes i en lösning av saltsyra som tagits i överskott. Hitta volymen och mängden väte som frigörs (n.s.).

24. En lösning av aluminiumsulfat utsattes för elektrolys i 1 timme vid en ström av 20 A. Hur många gram av en 15% lösning av saltsyra kommer att krävas för att fullständigt reagera med det resulterande aluminiumet?

25. Hur många liter syre och luft (n.o.) kommer att krävas för att helt förbränna magnesium som erhållits genom elektrolys av magnesiumkloridsmältan i 35 minuter vid en ström av 22 A?

För svar och lösningar, se följande frågor