2. Қысқаша анықтама және ашылу тарихы Электролиз теориясы
Электролиттік процестерді сипаттау
жүктеу/скачать 37,96 Kb.
|
Elektroliz (1)
| Электролиттік процестерді сипаттау
Электролиз белгілі электр өрімінің қатысуымен байланысты, оның әсерінен электролитте оған тән процессте жүруі мүмкін. Электро кинетикалық процесстер бір фаза басқасымен диспергирленгенде жүреді; олардың қатарына электрофорез- сұйық ішінде өлшенген қатты бөлшектердің қозғалысы. Электр өрісінің ішінде электроосмос құбылысы байқалады- қатты денеге қатысты сұйықтың қозғалысы. Электролиз аппараты электролизер немесе электролиттік ванна деп аталады. Электролизердің қарапайым сұлбасы 1 суретте көрсетілген. Электролизердің корпусын керамика, пластмасса, шыныдан немесе болаттан жасайды. Коррозия немесе жоғары температуралардан қорғалу үшін электролизер корпусын кейде гумреирлейді, пластмассамен, коррозияға тұрақты металдармен қаптайды. Белглі жылулық режимді қалыпта ұстау үшін кейбір жағдайларда теплоизоляциямен қамтамасыз етеді. Катодтарды дайындау үшін болат, түрлі түсті металдар, сынап, қорғасын, цинк, қалайы, қола, алюминий, металдардың балқымалары, көмір немесе графит қолданылады. Анодтар еритін және ерімейтін болады. Еритін анодтарды жоғары айтылып өткен түсті металдардан, көміртекті болаттан, кейбір басқа балқымалардан, ал ерңмейтін анодтар болаттан, графит немесе көмірден, никельден, тотталмайтын болаттан жасайды, кейбір жағдайларда жұқа қабаты бағалы металдан жасалған биометалды анодтарды қолданады, ол мысалы қорғасынның ток өткізгіштік негізіне берілген жағдайда берілген электролитте инертті болатын басқа металл үстіне жабылады. Электродтың материалы көптеген факторларды ескере отырылып таңдалады- электролиздің бастапқы және нәтижелі өнімнің табиғатына, процесс жүргізу жағдайларына, т.б. байланысты. Минералды немесе органикалық қышқылдар, тұздар және олардың қосылыстары электролиттер бола алады. Кейбір жағдайларда электролит электрохимиялық тотығу тотықсыздану өнімі ретінде бірқатар шығынды зат болып келеді, басқа жағдайларда, ток өткізгіш қосымша зат болып келеді. Электролитер үшін еріткіштер болып сулар, спирттер, пиридин, диметилформальдегид, ацетонитрил және басқа да органикалық қосылыстар немесе олардың қоспалары бола алады. Электролизді еріткішсіз де өткізуге болады, электролит балқымаларында немесе электролит қоспаларында. 8. Хлор мен натрий мысалындағы техникалық электролиз. Сулы ерітінділердің техникалық электролизі металдардың бөлінуінсіз немесе олардың катодта бөлінуімен жүре алады. Электрохимиялық процесстердің арасында сулы ерітінділердің металл бөлінуінсіз ыдырауы натрий хлоридінің сулы ерітіндісі мысалында көрсетеміз. Хлорид натрий сулы ерітіндісінің электролизі. Хлорид натрий сулы ерітіндісінің электролизі кезінде хлор, сутегі, каустикалық соданы аламыз. Хлор- атмосфералық қысым және қалыпты температура кезінде сары-жасыл түсті нашар иісті газ. Атмосфералық қысымда қайнау температурасы -33,60C, қату температурасы -1020C. Хлор суда, органикалық еріткіштерде ериді және өте жоғары химиялық активті болып келеді. Хлор ең алдымен химиялық өндірісте әртүрлі органикалық хлорөндірушілерді: пластикалық массаларды, синтетикалық каучукты, химиялық талшықтарды, еріткіштерді, инсектицидтерді,т.б. алу үшін қолданылады. Қазіргі кезде дүниежүзілік хлор өндірісінің 60%-і органикалық синтез үшін қолданылады. Соған қарамастан хлор тұзды қышқылды, хлор әктасын, хлораттарды және т.б. өндіру үшін қолданылады. Хлордың көптеген мөлшерлері металлургияға полиметалдық рудаларды өңдегенде, рудалардан алтынды бөліп алу үшін, мұнай өндіру саласында хлорлирлеу үшін қолданылады, солай да медицина мен санитарияда, суларды зарасыздандыру үшін, пиротехникада және т.б. көптеген халық шаруашылық салаларында қолданылады. Хлорды пайдалану салаларының кеңкйтілуі нәтижесінде, органикалық синтезде атқарылған еңбектер арқасында, дүниежүзілік хлор өндірісі жылына 20 млн тонн құрайды. Каустикалық сода немесе улы натрий- мөлдір емес кристалды зат, суда жақсы ериді, атмосфера қысымында балқу температурасы 3280C болады. өндірісте қатты улы натр және оның сулы ерітінділері өндіріледі. Улы натр өндірістің көптеген салаларында кең қолданылады-целлюлоз-қағазды, химиялық талшықтар, мұнайөндіруші, органикалық синтез, лак сырлы тағы көптеген қатар салаларда қолданылады. Сутегі- газ, атмосфера қысымындағы қайнау температурасы -252,80C. Сутегіні көптеген маңызды органикалық және бейорганикалық өнімдерді синтездеу кезінде қолданылады: аммиак, метанол және басқа спирттер, майлардың, қатты және сұйық отынның гидрогенизациясы, мұнай өнімдерін тазарту кезінде қолданылады. Хлор мен сілтілер өндірісінің шикізаты ретінде, ең алдымен қатты тұздың ерітіндісінен алынатын ас тұзының ерітінділері, немесе табиғи тұздар бола алады. Ас тұзының ерітінділері олардың алыну жолына қарамастан, кальций және магний қоспаларынан тұрады, электролиз цехтарында бұл тұздардан тазартуға ұшырайды. Бұл тазарту не үшін қажет? Электролиз процессінде нашар еритін кальций мен магний гидроксидтері түзілуі мүмкін, кейін олар электролиздің қалыпты жүрісін бұзады. Химикалық тазартудан басқа, ерітінділерфильтрацияның механикалық қоспаларынан ажыратылады. Ас тұзы ерітіндісінің электролизі қатты темір немесе болат катодпен ванналарда және ванналарда сұйық сынапты катод пен диафрагмалармен жүргізіледі. Қазіргі үлкен хлорлы цехтардағы жабдықтар қолданылатын өндірістік электролизерлер жоғары өнімділікті, қарапайым конструкциялы, компактті болып, сенімді жұмыс істеу керек. Натрий хлориді ерітіндісінің болатты катод және графитті анодпен ваннадағы электролизі улы натр, хлор, сутекті бір электролизерде алуға мүмкіншілік береді. Натрий хлоридінің сулы ерітіндісі арқылы тұрақты токтың өтуі кезінде хлордың және оттегінің бөлінуін күтуге болады: 2OH—2e-→1\2I2+H2O (а) Немесе 2Cl—2e-→Cl2 OH разрядының қалыпты электродты потенциалы +0,41 B құрайды, ал хлор иондарының разрядының қалыпты қалыпты электродты потенциалы +1,36 B құрайды. Натрий хлоридінің қаныққан бейтарап ерітіндісінде гидроксильді иондардың крнцентрациясы 1•10-7г- экв\л. 250C температурада гидроксильді иондардың тепе теңдік потенциалы jар=0.82 B болады.хлор иондарының разрядталуының тепе теңдік потенциалы NaCl концентрациясының ерітіндідегі 4,6г-экв\л jар=1,32 B болады. Сәйкесінше, анодта кішкене кернеумен ең алдымен оттегі разрядталуы керек. Алайда, графитті анодтарда оттегінің кернеунің асырылуы хлор кернеуінен жоғары, сондықтан оларда негізінен (а) реакциясы бойынша газ тәрізді хлор бөлінуімен қатар Cl иондарының разрядталуы жүреді. Ерітіндідегі NaCl концентрациясын арттыру нәтижесінде хлор бөлінуі жеңілденеді, осының нәтижесінде тепе теңдік потенциалы кемиді. Бұл электролиз кезінде концентрленген натрий хлоридінің ерітіндісін қолданудың себептерінің бірі болып келеді. Сілтілі ерітіндіде катодта су молекулаларының разрядталуы мына теңдеу бойынша жүреді: H2O+e-→H+OH- Сутегі атомдары рекомбинациядан кейін молекулярлық сутегі түрінде түзіледі: 2H→H2 Натрий иондарының сулы ерітіндіде қатты катодта разрядталуы мүмкін емес, өйткені олар разрядтарының потенциалының сутегімен салыстырғандағы жоғары болуына байланысты. Сондықтан ерітіндіде қалған гидроксильді иондары натрий иондарымен сілті ерітіндісін түзеді. NaCl ыдырау процессін келесі реакциялар арқылы көрсетуге болады. 2Cl—2e-→ Cl2 H2O + e-= 2K+IK 2H→H2 Теңдеулерді қоссақ, 2H2O+2ClCl2+H2+2OH- Немесе 2H2O+2NaCl Cl2 +H2+ 2NaOH Яғни анодта хлор, катодта сутегі мен улы натр түзіледі. Негізгі карастырылып кеткен процесстермен қатар электролиз кезінде қажет емес процесстер де жүреді. Осыған қарамастан, анода бөлінетін хлор электролитте ериді және мына реакция бойынша анықталады. Cl2+H2O↔HOCl+HCl Сілтінің анодқа диффузиясы жағдайында немесе аноды және катодты өнімдердің араластырылуы кезінде хлорлы және тұзды қышқылдар Натрий хлориді мен гипохлорит түзілуімен қатар сілтімен нейтралданады. HOC+NaOH=NaOC+H2O HCl+ NaOH=NaCl+H2O ClO иондары анодта ClO3 ке тотықсызданады. Сондықтан, натрий, хлорат, хлорид, гипохлорит түзіледі. Сілтілі ортада анодта оттегінің түзілуі еркін болады,сонымен ол электролиздің көрсеткішін нашарлатады. Қажет емес реакциялардың өтуін азайту үшін катодты және анодты өнімдердің араласуына кедергі жасайтын жағдайлар құру керек. Оларға анодты және катодты кеңістіктерді диафрагмалармен бөлуі, электролиттің диафрагма арқылы фильтрациясы. Бұл диафрагмаларды фильтрлік деп атайды және олар асбесттен жасалады. 9. жүктеу/скачать 37,96 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|