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電気分解とは何ですか？アノードとカソード。物理化学的プロセス

長い間、人々は多くの純粋な物質を自由な形で入手することができませんでした。たとえば、次のようになります。

金属;
アルカリ;
塩素;
水素;
過酸化水素;
有機塩素化合物など。

それらは、不純物の含有量が高いかのいずれかで得られました。そこから取り除くことは不可能であったか、まったく合成されませんでした。しかし、これらの化合物は、産業や日常生活での使用にとって非常に重要です。しかし、電気分解などのプロセスの発見により、大規模な課題は解決されました。今日では、合成だけでなく、他の多くのプロセスにも使用されています。

電気分解とは何ですか？それがどのように起こるか、それがどの段階で構成されているか、この方法の主な利点は何ですか、記事の中でそれを理解してみましょう。

電気分解とは何ですか？

この質問に答えるには、最初に用語に目を向け、いくつかの基本的な物理的および化学的概念を理解する必要があります。

直流は、あらゆる電源からの電子の方向付けられた流れです。
電解質は、その溶液が電流を流すことができる物質です。
電極は、相互接続された特定の材料のプレートであり、電気をそれ自体（アノードとカソード）に通します。
レドックス反応は参加者の酸化状態が変化するプロセス。つまり、一部のイオンは酸化されて酸化状態の値を増加させますが、他のイオンは逆に還元されて酸化状態の値を低下させます。

これらすべての用語を理解したら、質問に答えることができます電気分解とは何かについて。これはレドックスプロセスであり、電解液に直流電流を流し、電極上でさまざまな生成物を放出することで終了します。

電解槽と呼ぶことができる最も単純なインストールには、いくつかのコンポーネントのみが含まれます。

電解質を含む2つのガラス;
電流源;
一緒に接続された2つの電極。

業界では、彼ははるかに複雑な自動設計を使用して、大量の製品（電解槽）を取得できるようにしています。

電気分解プロセスは非常に複雑です、いくつかの理論上の法律に従い、確立された命令と規則に従って進行します。その結果を正しく予測するには、パッセージのすべてのパターンと可能なオプションを明確に理解する必要があります。

プロセスの理論的基礎

最も重要な基本的な規範電気分解を続けます-マイケルファラデーの法則-電流とそれに伴うすべてのプロセスの研究での彼の仕事で知られている有名な科学者-物理学者。

そのような規則は全部で2つあり、それぞれが電気分解中に発生するプロセスの本質を説明しています。

最初の法則

式がm = kI *Δtと書かれている最初のファラデーの法則は、次のように聞こえます。

電極で放出される物質の質量は、電解質を通過した電気に正比例します。

式から、mは物質の質量I-であることがわかります。電流強度、Δtはそれが通過した時間です。化合物の電気化学当量と呼ばれるk値もあります。この値は、化合物自体の性質によって異なります。数値的には、kは、1単位の電荷が電解質を通過するときに電極で放出される物質の質量に等しくなります。

電気分解の2番目のルール

ファラデーの第二法則、その公式は-m = M * I *Δt/ n * F、このように聞こえます。化合物（k）の電気化学当量は、そのモル質量に正比例し、物質の原子価に反比例します。

上記の式は出力の結果ですすべての組み合わせの。これは、電気分解の第2法則の本質を反映しています。 Mは化合物のモル質量、Iはプロセス全体を通過する電流の強さ、Δtは電気分解全体の時間、Fはファラデー定数、nはプロセスに関与した電子です。それらの数は、プロセスに参加したイオンの電荷に等しくなります。

ファラデーの法則は、何であるかを理解するのに役立ちます電気分解は、重量で製品の可能な収量を計算するだけでなく、必要な結果を予測し、プロセスの過程に影響を与えます。それらは、検討中の変換の理論的基礎を構成します。

アノードの概念とそのタイプ

電気分解で非常に重要なのは電極。全体のプロセスは、それらが作られる材料、それらの特定の特性と性質に依存します。したがって、それぞれについてさらに詳しく検討します。

アノードはプラス電極または正極です。つまり、電源の「+」極に接続するものです。したがって、マイナスイオンまたは陰イオンは電解液からそれに移動します。それらはここで酸化し、より高い酸化状態を獲得します。

したがって、次のような小さな図を描くことができます。陽極プロセスを覚えておくのに役立ちます：陽極「プラス」-陰イオン-酸化。この場合、どちらの製品が得られるかに応じて、この電極には2つの主要なタイプがあります。

不溶性または不活性アノード。このタイプには、電子の移動と酸化プロセスのみに使用される電極が含まれていますが、それ自体は消費されず、溶解しません。これらのアノードは、グラファイト、イリジウム、プラチナ、石炭などでできています。このような電極を使用すると、純粋な金属、ガス（酸素、水素、塩素など）を得ることができます。
可溶性アノード。酸化プロセス中に、それはそれ自体を溶解し、電気分解全体の結果に影響を与えます。このタイプの電極を構成する主な材料：ニッケル、銅、カドミウム、鉛、スズ、亜鉛など。このようなアノードの使用は、金属の電解精製、電気めっき、腐食に対する保護コーティングの塗布などのプロセスに必要です。

ポジティブで進行中のすべてのプロセスの本質電極は、電位の観点から最も電気陰性度の高いイオンを放電するように還元されます。そしてそれが、溶液に関しては、無酸素酸と水酸化物イオンの陰イオンがそれを行い、次に水がそれを行う理由です。電解質水溶液中の酸素含有陰イオンは、水がこれをより速く行い、酸素を放出するため、一般に陽極で放出されません。

カソードとその特性

陰極は負に帯電した電極です（電流が流れると電子が蓄積するため）。そのため、正に帯電したイオンがそれに向かって移動します。陽イオンは還元を受けます。つまり、酸化状態を低下させます。

ここでは、暗記のために、スキームも適切です：カソード「マイナス」-カチオン-還元。カソードの材料は次のとおりです。

ステンレス鋼;
銅
炭素;
真鍮;
鉄
アルミなど。

この電極上にあるのは金属を純粋な物質に還元すること。これは、産業界で金属を入手するための主要な方法の1つです。アノードからカソードへの電子の遷移も可能であり、最初のものが可溶性である場合、そのイオンは負極で還元されます。ここでは、水素カチオンのガスへの還元Н₂..。したがって、カソードは、物質の電気分解の一般的なスキームで最も重要な部分の1つです。

溶融物の電気分解

化学の観点から、検討中のプロセス独自の方程式があります。これを使用すると、スキーム全体を紙に描き、結果を予測できます。注意すべき最も重要なことは、水性媒体の有無とアノードのタイプ（可溶性かどうか）です。

次の製品を入手する必要がある場合：アルカリおよびアルカリ土類金属、アルカリ、アルミニウム、ベリリウム、酸素含有陰イオンからのガスの場合、電解質溶液の電気分解について話すことはできません。溶けるだけです。そうしないと、必要な化合物が機能しません。そのため、記載されている物質は、無水乾燥塩と水酸化物を使用して産業界で合成されることがよくあります。

全体として、溶融電解の方程式は非常に単純で標準的に見えます。たとえば、ヨウ化カリウムについて検討して書き留めると、形式は次のようになります。

KI = K⁺ +私^-

カソード（K） "-"：K⁺ + 1e = K⁰

アノード（A） "+"：2I^- --2e = I₂⁰

プロセスの結果：KI = K + I_2.

金属の電気分解は、電極電位の値に関係なく、同じ方法で記録されます。

水溶液の電気分解

電解質溶液に関しては、結果プロセスは完全に異なります。結局のところ、水は積極的な参加者になります。また、イオンに解離し、電極で放電することもできます。したがって、そのような場合、イオンの電極電位は非常に重要です。負の値が低いほど、酸化または還元が速くなる可能性が高くなります。

水溶液の電気分解は、覚えておくべきいくつかの規則に従います。

陽極プロセス：無酸素酸の陰イオン（フッ化水素酸を除く）のみが排出されます。イオンが酸素含有またはフッ化物イオンである場合、水は酸化されて酸素を放出します。
陰極プロセス：カソードでの電気化学的一連の電圧（アルミニウムまで）の金属は、化学活性が高いために還元されません。これは水によって行われ、水素を放出します。アルミニウムから水素への金属は、水と同時に還元されて単純な物質になります。一連の電圧（非アクティブ）で水素の後に立つものは、簡単に単純な物質に還元されます。

これらの規則に従うと、電気分解を描写し、生成物の収率を計算できます。可溶性アノードの場合、回路が変化し、はるかに複雑になります。