2. Цементация.

Цементацией называется процесс вытеснения металлов из растворов другим металлом – цементатором, окислительно-восстановительный потенциал которого более электроотрицателен.

Располагая металлы согласно ряду напряжений (табл.), можно сказать, какие металлы способны вытеснять данный металл из раствора его соли.

Катион металла	Стандартный электродный потенциал, В
Na^+ + e = Na	-2,713
Al^3^+ + 3e = Zn	-1,662
Zn^2^+ + 2e = Zn	-0,763
Fe^2^+ + 2e = Fe	-0,440
H^+ + e = H	0
Cu^2^+ + 2e = Cu	0,337
Au^+ + e = Au	1,692

Для цементации меди (из сульфатного раствора Cu²⁺, SO₄^2-) обычно применяется железо (железный скрап), для цементации золота - цинк:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Сu;

2КАu(CN)₂ + Zn = K₂Zn(CN)₄ + 2Au;

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Сu.

При погружении металла-цементатора в раствор, содержащий ионы вытесняемого металла, на поверхности катода выделяется металл. Одновременно на металле-цементаторе протекают обратные процессы – ионизация атомов вытесняющего металла (анодные участки).

Zn⁰ → Zn²⁺ + 2e

Cu²⁺ + 2e = Cu⁰

По мере выделения металла изменяется его концентрация, а следовательно, и значение потенциала, поскольку потенциал связан с концентрацией соотношением:

где φ⁰_Me1 - стандартный электродный потенциал, В;

z₁ – валентность иона металла;

F – число Фарадея (96500 кулонов);

а₁ – активность иона металла в растворе.

Процесс цементации будет протекать до установления равновесия, когда φ⁰_Me1 = φ⁰_Me2.

Цементацию можно назвать электрохимическим процессом, который часто называют внутренним электролизом. Т.е. электрохимические процессы, вызванные передачей электронов одним металлом другому, могут вызвать протекание электрического тока.

Если электрохимические процессы могут вызвать протекание электрического тока, то, наоборот, воздействие электрического тока может вызвать протекание электрохимических процессов.

3. Электролитическое выделение металлов (электрометаллургия)

Наиболее распространенным способом выделения металлов из растворов является электролиз с нерастворимыми анодами.

Электролизом или электролитическим выделением (в данном случае металла), называются химические явления, возникающие при прохождении постоянного электрического тока через раствор (расплав) электролита.

В раствор электролита, например CuSO₄, погружаются два проводника (электрода), соединенные с источником тока и помещенные на некотором расстоянии друг от друга. Таким образом, на некотором участке ток проходит через раствор соединения металла. При прохождении тока через раствор протекает ряд электрохимических процессов, в результате которых на одном электроде (отрицательном) — катоде осаждается металл, на другом (положительном) - аноде выделяются другие продукты (в водных растворах большей частью выделяется кислород).

Если электролизу подвергается сернокислый раствор, в котором металл присутствует в виде ионов Ме⁺² , то они разряжаются у катода и образуют кристаллический осадок на катоде, т. е. у катода происходит реакция:

Me⁺² + 2e = Me⁰

У анода происходит образование серной кислоты, сопровождающееся выделением кислорода:

SO₄^2- + Н₂O - 2e = SO₄^2- +2Н⁺ + 1/2О₂.

По мере осаждения металла на катоде в процессе электролиза, концентрация его в растворе уменьшается, содержание же серной кислоты постепенно увеличивается.

Таков, например, процесс электролитического осаждения меди:

2CuSO₄ + 2Н₂О = 2Сu + О₂ + 2Н₂SO₄.

На основании закона Фарадея для осаждения одного грамм-эквивалента какого-либо иона необходимо употребить 96500 кулонов. Это количество электричества осаждает 63,6 г меди из солей одновалентной меди и половину этого количества из солей двухвалентной меди, например CuSO₄.