Электролиз

Электролиз — совокупность процессов, происходящих в растворах (расплавах) при прохождении через них постоянного электрического тока. Количественные соотношения между электрической энергией и вызванными ею химическими превращениями впервые были установлены М. Фарадеем в 1833-1834 гг. Он сформулировал основные законы электролиза (законы Фарадея): 1) количества веществ, выделенных или растворенных на электродах, прямо пропорциональны их химическим эквивалентам, а также количеству электричества, прошедшего через электролит; 2) для выделения грамм-эквивалента любого вещества всегда требуется одно и то же количество электричества, равное 96500 кулон (число Фарадея).
При электролизе на аноде ионы и молекулы электролита или материала электрода отдают электроны (окисляются), а на катоде — принимают электроны (восстанавливаются). На катоде обычно происходит разряд ионов металлов и водорода (например, Сu2+ + 2 e -> Сu; 2Н+ + 2 е -> Н2). Характер анодных процессов зависит от материала анода. В случае растворимых анодов, изготовленных из серебра, меди, цинка, кадмия, атомы металла отдают электроны во внешнюю электрическую цепь и становятся катионами, т.е. происходит растворение анода: Ag -> e + Ag+. На нерастворимых анодах, изготовленных из иридия, платины, графита, чаще всего отмечают разряд анионов: 2С1- + 2 e -> С12. Некоторые материалы (железо, никель, кобальт, золото, хром, алюминий, олово) могут быть при различных условиях как растворимыми, так и нерастворимыми электродами.
Для выделения какого-либо иона в виде свободного вещества необходимо приложить к электроду потенциал, хотя бы незначительно превышающий собственную электродвижущую силу гальванической пары, образуемой в результате электролиза. Это так называемые потенциалы разложения, разряда или выделения. Рассмотренные процессы называют первичными, и по своей природе они являются окислительно-восстановительными. За первичными электродными процессами нередко протекают вторичные, чисто химические реакции: образование молекул из атомов газов, выделяющихся на электродах; образование и рост кристаллов металлов и образование сплошных металлических осадков; взаимодействие продуктов электролиза друг с другом, с электролитом, растворителем или примесями и т.д.
Электролиз с целью получения определенных продуктов проводят в специальных аппаратах — электролизерах, электролитических ваннах, ячейках. Для исключения взаимодействия продуктов электролиза, образующихся на электродах, электролизер делят на две (и более) части пористой диафрагмой из асбеста, керамики, ионообменных мембран, проницаемых только для ионов электролита. В этом случае раствор в анодном пространстве называют анолитом, в катодном — католитом.
Количества катионов и анионов, разряжающихся на электродах, эквивалентны. Однако на пути к электродам скорости катионов и анионов неодинаковы, т.к. эти ионы обладают различными подвижностями. Вследствие этого вблизи каждого электрода происходит изменение концентрации электролита. Ион, движущийся с большей скоростью, переносит большее количество электричества. Если через электролит пропускают определенное количество электричества, например F кулонов, то доли количества электричества, переносимого катионами и анионами, можно вычислить из выражения: F = Fn+ + Fn- (где n — числа переноса иона).
Электролиз сопутствует многим электротерапевтическим процедурам (гальванизация, лекарственный электрофорез), хотя и имеет свои особенности (B.C. Улащик, 19631976). В промышленности электролиз используют для получения многих металлов, газов и органических соединений, нанесения различных покрытий (гальванотехника), в аналитической химии.