35. Количественные законы электролиза – законы Фарадея (первый, второй, объединенный). Выход по току.
Существует три закона Фарадея. Они устанавливают связь между количеством прошедшего через электролит электричества и массами или объемами (для газов) выделившихся на электродах или преобразованных в электролите веществ.
Первый закон:
Массы (объемы) веществ, выделившихся на электродах или превращенных в электролите, прямопорциальны кол-ву электричества, прошедшего через раствор или расплав электролита.
M=KQ=KIt V=KQ=KIt.
Второй закон:
При пропускании одинакового кол-ва электричества через растворы или расплавы различных электролитов массы (объемы) выделившихся на электродах или преобразованных в электролите в-в пропорциональны их эквивалентным массам или эквивалентным объемам.
;
;
Третий закон:
Объединенный первый и второй законы Фарадея.
;
Следует заметить, что количества веществ, полученных практически, всегда меньше рассчитанных, что численно характеризуется величиной выхода по току (ВТ).
;
С учетом выхода по току уравнения примут вид:
;
36. Химические источники тока: первичные, периодического действия (аккумуляторы), топливные элементы.
Химические источники тока (ХИТ) предназначены для преобразования химической энергии в электрическую.
Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа Вольтовым столбом.
По возможности или невозможности повторного использования химические источники тока делятся на:
гальванические элементы (первичные ХИТ), которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить;
электрические аккумуляторы (вторичные ХИТ) — перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить;
топливные элементы (электрохимические генераторы) — устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно.
Следует заметить, что деление элементов на гальванические и аккумуляторы до некоторой степени условное, так как некоторые гальванические элементы, например щелочные батарейки, поддаются подзарядке, но эффективность этого процесса крайне низка.
37. Применение процессов электролиза в технике (электрометаллургия, гальванотехника, оксидирование, электрорафинирование, хемотроника и др.).
Электролиз нашел широкое применение в технике, например в металлургии, химической промышленности и т. д.
Электрометаллургия — Методы получения металлов, основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот метод применяют главным образом для получения очень активных металлов – щелочных, щелочноземельных и алюминия, а также производства легированных сталей.
Гальванотехника — отдел прикладной электрохимии, который включает гальваностегию и гальванопластику. Гальванопластика — получение сравнительно толстого слоя металлических осадков на поверхности какого-либо предмета.
Целью гальванопластики является получение точной металлической копии предмета. При гальванопластике осадки получаются массивными, прочными, легко отделяющимися от покрываемой поверхности. Основное применение в гальванопластике имеет медь.
Гальваностегия — электролитическое осаждение тонкого слоя металла на поверхности какого-либо металлического предмета для защиты его от коррозии, повышения износоустойчивости, предохранения от цементации, в декоративных целях и т. д.
Оксидирование — создание оксидной плёнки на поверхности изделия или заготовки в результате окислительно-восстановительной реакции. Оксидирование преимущественно используют для получения защитных и декоративных покрытий, а также для формирования диэлектрических слоёв. Различают термические, химические, электрохимические (или анодные) и плазменные методы оксидирования.
Электрорафинирование – это процесс очистки металлов от примесей при помощи электролиза.
Хемотроника - научно-техническое направление, занимающееся вопросами исследования, разработки и применения приборов и устройств автоматики, измерительной и вычислительной техники, действие которых основано на электрохимических процессах и явлениях, имеющих место на границе электрод — электролит при пропускании электрического тока.