ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Понятие об электролите и процессе электролиза из "Гальванотехника " Электролитическая диссоциация. Молекулы солей, кислот и щелочей при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на атомы или группы атомов, несущих положительные и отрицательные заряды электричества. При этом количество положительных зарядов всегда равняется количеству отрицательных зарядов, т. е. раствор остается электрически нейтрален. Этот процесс называется электролитической диссоциацией, а химические соединения, которые при растворении в воде подвергаются электролитической диссоциации— электролитами. Атомы или группы атомов, заряженные определенным электрическим зарядом, называются ионами, причем атомы, обладающие положительным зарядом, называются катионами, а отрицательным зарядом — анионами. [c.5] Процессы диссоциации сильных и слабых электролитов существенно отличны между собой, в связи с чем законы, приемлемые для первых электролитов, оказываются совершенно непригодными для вторых. В частности, для каждого слабого электролита, растворимого в воде, устанавливается определенное равновесие между ионами, образующимися при диссоциации молекул, и оставшимися недиссоциированными молекулами. В связи с этим в данном случае, как и при обычной химической реакции, применим известный в химии закон действующих масс, согласно которому отношение произведений концентрации веществ, полученных после реакции, к произведению концентраций веществ, вступивших в реакцию, есть величина постоянная для данной реакции при постоянной температуре. [c.6] Следовательно, можно сделать вывод, что раствор уксусной кислоты при добавлении в него щелочи или кислоты частично препятствует изменению концентрации водородных ионов. Соединения, препятствующие изменению концентрации водородных ионов в растворе, т. е. изменению кислотности раствора, называются буферными соединениями. [c.7] Этот факт, а также некоторые другие обстоятельства лривели в последнее время к заключению, что сильные электролиты в любых концентрациях диссоциированы полностью, т. е. степень диссоциации равна единице. Однако в результате некоторых изменений, например электропроводности, полученная концентрация ионов в растворе оказывается меньше той, которая должна была получиться при полной диссоциации всех растворимых молекул. Это объясняется исключительно электростатическими силами взаимодействия между ионами, а не уменьшением числа ионов. [c.7] Таким образом, если в раствор сильного электролита добавить другой сильный электролит, то при этом увеличивается общая концентрация ионов и силы взаимодействия между ними тем самым уменьшится активность ионов первого электролита, что воспринимается как кажущееся уменьшение степени его диссоциации. Это обстоятельство широко используется в гальванотехнике. Так, например, при сернокислом меднении, добавляя раствор сильного электролита (например, серной кислоты) к раствору медного купороса, мы увеличиваем общую концентрацию ионов и тем самым уменьшаем активность ионов меди, что весьма существенно влияет на процесс выделения меди из раствора. [c.8] Процесс электролиза. Существует два рода проводников электрического тока. В процессе проникновения электрического тока через проводники первого рода в веществе самого проводника не происходит никаких химических изменений. К таким проводникам относятся металлы, уголь и некоторые другие вещества. К проводникам второго рода относятся кислоты, щелочи, соли и другие химические соединения как в виде водных растворов, так и в расплавленном состоянии. Проводники второго рода, или электролиты, в процессе прохождения через них постоянного электрического тока в местах его ввода и вывода претерпевают существенные изменения. [c.8] Процесс, связанный с прохождением постоянного электрического тока от внешнего источника тока через какой-либо электролит, называется электролизом. [c.8] Подвод тока в электролит производится посредством двух металлических (угольных) пластин, погружаемых в электролит и соединенных с источником тока. Эти пластины называются электродами, причем пластина, соединяемая с положительным полюсом источника тока, называется положительным электродом, или анодом, а пластина, соединяемая с отрицательным полюсом иточника тока, — отрицательным электродом, или катодом. В гальванотехнике катодами являются изделия, которые подвергаются покрытию, а анодами служат пластины или прутки из того металла, которым изделие покрывается. [c.8] При выделении кислорода на аноде нередко происходит окисление некоторых составных частей электролита (например, двуххлористого олова в четыреххлористое) или окисление самих электродов. В других случаях разряд анионов на аноде, вместо выделения на нем соответствующих продуктов, сопровождается растворением анода и переходом в раствор ионов металла. [c.9] Выделение водорода на катоде рассматривается как побочный процесс, который в подавляющем большинстве случаев ухудшает качество покрытия, придавая ему хрупкость, и всегда увеличивает продолжительность электролиза. [c.10] В ряде случаев применяются аноды из такого металла или сплава (в некоторых случаях из графита или угля), которые в дан- ном электролите не растворяются на таких нерастворимых анодах при электролизе обычно выделяется кислород. [c.10] Чтобы выделить один грамм-эквивалент, необходимо пропустить через электролит 26,8 а-ч. Если разделить эквивалентный вес любого металла на 26,8, то можно получить число граммов данного металла, выделяющегося на катоде или растворяющегося на аноде при пропускании через электролит одного ампер-часа. Это ЧИСЛО называется электрохимическим эквивалентом данного металла, и оно, очевидно, будет тем больше, чем выше эквивалентный вес металла. [c.11] Таким образом, легко подсчитать, какое количество продуктов теоретически должно получиться в результате электролиза. Для этого достаточно только количество ампер-часов, пропущенных через электролит, умножить на электрохимический эквивалент данного металла. Так, например, если при электролизе раствора сернокислой меди пропущено 100 а-ч, то при этом на катоде выделится, а на аноде растворится 100-1,18= 118 г меди. [c.11] Выход по току. Одной из наиболее существенных характеристик является коэффициент использования тока или так называемый выход по току. [c.11] Если взвесить катод до и после электролиза, то можно убедиться в том, что количество осажденного металла несколько меньше того количества, которое должно было осесть по указанному выше расчету. В одних случаях, как, например, при электролизе сернокислой меди, разница между вычисленным теоретически и фактически выделив шимся количеством металла очень незначительна, в других, как, например, при осаждении меди из цианистого электролита, количество фактически осевшего металла значительно меньше теоретического. [c.12] Утечка тока. Эта потеря тока может иметь место при плохой изоляции ванны (в этом случае ток частично уходит в землю) или если отдельные участки катода непосредственно соприкасают ся с анодом, например вследствие неудачного расположения катодов, образования недоброкачественных иглообразных осадков на катоде и т. п. Естественно, что во всех этих случаях сила тока, проходящая через электролит, будет меньше общей силы тока, показываемой амперметром. [c.12] Разряд других ионов, кроме ионов осаждаемого металла. В этом случае на каждые 26,8 а-ч пропущеннога через электролит постоянного тока на катоде, в соответствии с за коном Фарадея, действительно выделяется грамм-эквивалент, только не одного, а различных веществ осаждаемого металла, водорода и др. Так, например, если на катоде разряжаются ионы осаждаемого металла и водорода при выходе по току, равном 90%, то на катоде при прохождении 26,8 а-ч выделится /ю грамм-эквивалента металла и Vio грамм-эквивалента водорода. [c.12] Из всех указанных причин, понижающих выход по току, наибольшее значение имеет выделение водорода на катоде. В некоторых случаях, когда в осаждаемый на катоде металл включаются гидроокиси и другие твердые частицы, действительный вес осадка (обычно недоброкачественного) получается больше теоретического и выход по току составляет выше 100%. [c.13] Электродные потенциалы. Большинство металлов в большей или меньшей степени (в зависимости от их природы) стремятся перейти в раствор с образованием соответствующих ионов. Такие металлы, как натрий, калий и некоторые другие, бурно растворяются даже в воде. Железо и цинк не растворяются в воде, но легко (правда, с различной интенсивностью) растворяются в кислотах. [c.13] Вернуться к основной статье