Електроліз розчинів: опис, застосування

Електролізом називають процес, що характеризується окислювально-відновні властивості відносно складових елементів солей та інших сполук, що знаходяться в розплавах або розчинах, при проходженні через них електричного струму.

За коштами електролізу можна отримувати метали і неметали, що відрізняються високим ступенем їх хімічної чистоти. Ця реакція відрізняється простотою й доступністю, її навіть можна змоделювати в домашніх умовах. Для цього буде потрібно якесь джерело постійного електричного струму, пара електродів і заздалегідь приготовлений електроліт. Самим основним властивістю електролітів є їхня здатність проводити електричний струм.

Розрізняють електроліз розчинів і розплавів солей, при загальній схожості вони мають ряд істотних відмінностей. Здійснюючи електроліз розчинів, слід враховувати участь у процесі та іонів розчинника. Електроліз розплавів характеризується наявністю тільки іонів самого речовини.

Для отримання потрібного продукту (будь-то метал, газ або який-небудь неметал) слід потурбуватися про підбір відповідного електрода і про приготування відповідного електроліту.

Матеріалом для електродів може послужити будь провідник електричного струму. У більшості випадків використовують метали і сплави, серед неметалів непогані показники в якості електрода можуть показати графітові стрижні (вуглець). Дуже рідко, але відомі технологічні рішення, в яких для електродів матеріалом служать рідини.

Все готово, щоб здійснити електроліз розчинів солей. Позитивний електрод отримав назву анод. Для негативного електрода прийнято позначення - катод. Здійснюючи електроліз розчинів, анод окислюється (розчиняється), а катод відновлюється. Дуже важливо, щоб «розчинення» анода не зробило впливу на хімічний процес, який протікає в розчині (розплаві). Інакше - основною умовою для анода є його інертність. В ідеалі його можна виготовити з платини, але графітові (вуглецеві) аноди теж вельми ефективні.

Для катода підійде практично будь-яка металева пластина (розчинятися вона не буде). Мідні, латунні, вуглецеві (графітні), цинкові, залізні, алюмінієві катоди знайшли широке поширення в сучасній промисловості.

Здійснюючи електроліз розчинів в домашніх умовах, практично з підручних матеріалів можна отримати такі речовини, як кисень, хлор, водень, мідь, слабку кислоту або луг, сірку. Не варто зловживати дослідами з хлором - він отруйний!

Для отримання кисню і водню необхідно піддати електролізу розчин харчової соди (альтернатива - кальцинована сода). Біля електрода "+" (анод) виділиться у вигляді бульбашок кисень, у катода ("-") - водень. На питання, чому відбулося відновлення водню, а не натрію, як можна було б припустити, можна знайти відповідь: у ряді напруг металів Na знаходиться лівіше H2, відповідно в змаганні двох катіонів водень здобув перемогу над натрієм. На прикладі цієї реакції ми стали свідками того, як електроліз розчинів, по суті, перетворився на електроліз розчинника (води).

Використовуючи в якості електроліту розчин мідного купоросу, ми отримаємо на катоді темно-червоний наліт, який є чистим металом, відновленній міддю.

За результатами проведення двох дослідів по електролізу можна зробити деякі узагальнення. Позитивний анод стає місцем для відновлення аніонів, в обох вище розглянутих випадках ним виявився кисень. На катоді відновлюються катіони, в наших дослідах ними виявилися водень - в першому випадку, мідь - у другому. Як правило, катионами є метали або водень, але в ряді випадків ними можуть виявитися і неметали, і гази. Ступінь окислювання елемента відіграє важливу роль у процесі відновлення.