Электролиз. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Электролиз (от электро... и греч. lysis - разложение, растворение, распад) - совокупность электрохим. реакций (т. е. хим. реакций с участием свободных электронов), протекающих на поверхностях электродов в гальванич. цепи при пропускании через неё электрич. тока от внеш. источника и приводящих к хим. разложению растворителя или др. компонентов электролита (ионного проводника) и к образованию новых веществ. Если ток возникает в результате действия самой гальванич. цепи, то говорят о то-кообразующих реакциях.

Гальванич. цепь - электрич. цепь из последовательно включённых электронных и ионных проводников. В простейшем случае может быть представлена схемой

где М₁ и М₂ - электронные проводники (металлы), Э - электролит (напр., раствор к-ты, основания или соли, расплав соли и т. д.). Электрохим. реакция в гальванич. цепи сосредоточена на поверхности электродов, т. е. в местах контакта электронного и ионного проводников. В этих местах поток электронов в первом проводнике сменяется на поток ионов во втором. Электрохим. реакция служит стоком заряж. частиц, подходящих из объёма фазы к поверхности раздела, и источником частиц, отходящих от поверхности в глубь фазы. В результате обеспечивается непрерывность электрич. тока ("эстафетная" передача зарядов) и предотвращается накопление или исчезновение заряж. частиц в поверхностном слое. Электрохим. реакции подчиняются з а к о н а м Ф а р а д е я (М. Faraday, 1833- 1834), согласно к-рым кол-во превращаемых в реакции веществ строго пропорционально кол-ву прошедшего через гальванич. цепь электричества, а также пропорционально хим. эквивалентам (отношениям молярной массы к кол-ву электронов, участвующих в реакции одной молекулы) каждого вещества.

Характер электрохим. реакций зависит от хим. природы контактирующих проводников и от направления тока. На аноде (металлич. электроде, из к-рого ток переходит в ио-нопроводящий проводник - электролит) протекают реакции окисления с выделением свободных электронов, на катоде (обратное направление тока) - реакции восстановления с потреблением электронов из металла. При Э. анод - положительный электрод гальванич. цепи, катод - отрицательный. Примером анодной реакции является электролитич. выделение хлора из хлоридных растворов или расплавов на металлич. электроде

в результате реакции на поверхности раздела прекращается поток ионов Cl^- в электролите и возникает поток электронов в металле. Примером катодной реакции является электролитич. выделение водорода из водных растворов электролитов

В замкнутой цепи катодная и анодная реакции сопряжены и протекают с одинаковой скоростью, т. е. выделяющееся в единицу времени на аноде кол-во электронов равно кол-ву электронов, вступающих за это время в реакцию на катоде. В ур-нии общей хим. реакции, протекающей в цепи в целом, электроны в явном виде уже не фигурируют. Для упомянутого примера реакций на аноде и катоде общая реакция имеет вид

Э. используют для производства ряда веществ путём электрохим. превращений компонентов электролита - растворителя, растворённых или расплавленных солей, специально добавляемых веществ и т.д. Э. концентрированных растворов К Сl с вышеприведёнными реакциями ("хлорный Э.") лежит в основе промышленного производства хлора (мировой объём ок. 30 млн. т в год) и щёлочи (ок. 35 млн. т в год). Широко распространён Э. растворов или расплавов солей разных металлов с катодным восстановлением ионов металлов с целью производства этих металлов (электрометаллургия) или их осаждения в виде тонкого защитного или декоративного слоя на основу из др. металла (электроосаждение, гальваностегия). Производство алюминия (ок. 15 млн. т в год) основано на Э. эвтектич. смеси кремнезёма и расплавленного криолита при температуре 950 °С. Э. применяют также для производства или рафинирования большинства др. цветных металлов. С помощью Э. на аноде получают сильные окислители - фтор, перхлораты, персульфаты, перманганаты и др. Э. используют также для синтеза нек-рых органич. веществ, напр. себациновой кислоты (на аноде, из метанольного раствора моноэфира адипиновой кислоты), адипонитрила (на катоде, из раствора акрилнитрила) и др.

Реакции Э. проводят в спец. электролизёрах (электроли-тич. ячейках, гальванич. ваннах), основными составными частями к-рых являются блоки положительных и отрицательных электродов, электролит, межэлектродные сепараторы (для разделения продуктов реакций на аноде и катоде), корпус (бак) и системы регулирования.

Осн. параметры реакций Э.: плотность тока на аноде и катоде (отношение общей силы тока к площади поверхности соответствующего электрода), напряжение на выводах (клеммах) электролизёра. В зависимости от характера электрохим. реакций и природы целевого продукта применяют плотности тока от 10 до 10⁴А/м². Напряжение на выводах отд. электролизёра составляет 2-5 В. Часто соединяют электролизёры последовательно в секции (группы) с общим напряжением 200-400 В. Наиб. мощные промышленные электролизёры рассчитаны на токи порядка 100 кА.

Знаете ли Вы, что низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тысяч кмилометров в секунду при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.