Страница 170 из 372
Заключение
Анализ научной и научно-популярной литературы свидетельствует о том, что процессы электролиза растворов и расплавов интересуют ученых и технологов в настоящее время, то есть данная тема не потеряла своей актуальности и практической значимости.
Электролиз широко используют в промышленности для выделения и очистки металлов, получения щелочей, хлора, водорода.
Алюминий, магний, натрий, кадмий, кальций, бериллий, титан получают только электролизом расплавов, т. к. потенциалы их выделения из водных растворов более отрицательны, чем потенциал выделения водорода.
Очистку меди, никеля, свинца проводят целиком электрохимическим методом. Производство фтора основано на электролизе расплавленной смеси фторида калия и фтороводородной кислоты, хлора — при электролизе водных растворов или расплавов хлоридов. Водород и кислород высокой степени чистоты получают электролизом водных растворов щелочей. Таким образом, с помощью электролиза удается осуществлять реакции окисления и восстановления с большим выходом и высокой селективностью, которые в обычных химических процессах трудно достижимы.
Важной отраслью применения электролиза является защита металлов от коррозии: при этом электрохимическим методом на поверхность металлических изделий наносится тонкий слой другого металла (хрома, серебра, меди, никеля, золота) устойчивого к коррозии.
Отличительной особенностью электролиза растворов или расплавов электролитов является возможность протекания на электродах совокупности конкурирующих химических реакций окисления и восстановления. Оказывает влияние на продукты электролиза и материал электродов.
При электролизе водных растворов электролитов окислительно-восстановительные процессы на катоде и аноде зависят от окислительной способности катионов и характера аниона электролита.
Процессы восстановления и окисления на катоде и аноде определяются значениями электродных потенциалов частиц, принимающих участие в электролитических процессах. На катоде в первую очередь разряжаются те частицы, потенциал которых наиболее положителен, тогда как на аноде — частицы — потенциал которых наиболее электроотрицателен. Кроме того, при протекании электролиза необходимо учитывать фактор электродного перенапряжения — поляризацию электрода, определяемую замедленным протеканием определенной стадии суммарного электродного процесса. В зависимости от природы замедленной стадии можно говорить о различных видах перенапряжения (концентрационное, реакционное, диффузное).
В экспериментальной части своей работы нами были проведены процессы электролиза растворов ряда солей. Полученные продукты подтверждают основные теоретические положения процессов электролиза водных растворов электролитов и доказан факт влияния электродных потенциалов частиц, принимающих в нем участие, на состав конечных продуктов.
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы:
• Исследование процессов электролиза растворов и расплавов электролитов не потеряло своей актуальности и в настоящее время, т. к. не только обогащает теоретические положения об этом достаточно сложно физико-химическом явлении, но и позволяет определить перспективные направления практического использования этого процесса с целью получения целевых продуктов с заданными свойствами и качествами.
• Качественный состав конечных продуктов электролитических процессов определяется не только величиной электродного потенциала ионов, но и видом перенапряжения, возникающего при этом.
Стандартные электродные потенциалы некоторых окислительно-восстановительных систем
Литература:
1. H.Л. Глинка / Общая химия, г. Москва, 1985 г. 250–253; 257–261 с.
2. Н.В.Коровина. / Курс общей химии. Высш. шк., 1991. 378–380 с.
3. К.А.Третьяков / Методические указания к лабораторным работам по химии Свердл. инж. — пед. ин-т. Екатеринбург, 1995. 65–80 с.
4. Боль А.К /. Методические указания для самостоятельной работы студентов химии. Раздел «Основы электрохимии»; Свердл. инж. — пед. ин-т. Екатеринбург, 1995. 5-23 с.
5. Т.Браун, Г.Ю.Лемей / Химия в центре наук —2, Мир, 1997. г. Москва. 432–440 с.
6. И.П. Мухленов, А.Я. Авербух и др./ Важнейшие химические производства. «Высшая школа», г. Москва. 1990 г. 217–225 с.
Газовый аккумулятор
И. Чаричанский
В любом аккумуляторе есть положительные и отрицательные пластины с активным веществом, состоящим из различных металлов. В качестве токопроводящей среды обычно применяются водные растворы кислот или щелочей. Такой раствор называется электролитом. При погружении пластин в электролит начнет происходить химическая реакция, и если их замкнуть через измерительный прибор, мы обнаружим, что во внешней цепи проходит электрический ток.
Во время работы аккумулятора, а также при его зарядке можно заметить, что на пластинах выделяются пузырьки газа. Газы, как правило, не участвуют в реакциях и выполняют в электрохимических процессах вспомогательную роль, так что в обычных аккумуляторах разность потенциалов определяется только свойствами металлов, из которых состоят пластины. Но, оказывается, различные газы тоже обладают вполне определенным электрохимическим потенциалом. Значит, эту способность можно использовать для изготовления аккумулятора, в котором роль активного вещества будут выполнять два различных газа.
Газовый аккумулятор был изобретен в 1955 году советским инженером А. Пресняковым.
Важное преимущество газового аккумулятора — простота устройства и высокая экономичность. Для его изготовления не требуются цветные металлы и дорогостоящие материалы. Эксплуатационные качества газового аккумулятора также весьма высоки. Газовый аккумулятор можно долго хранить как в заряженном, так и в разряженном состоянии, и это не отразится на его работоспособности. Он допускает большой зарядный ток, что уменьшает время зарядки. Даже длительные замыкания пластин между собой безвредны для газового аккумулятора, так как в этом случае он хоть и разряжается, но без необратимых процессов в самом активном веществе, как в других типах аккумуляторов.
Газовые аккумуляторы — конструктивно новые источники тока. Их создание стало возможным только после того, как были найдены вещества, способные поглощать газы в большом количестве и удерживать их в себе. Такие вещества называются адсорбентами. Один из лучших адсорбентов — активированный уголь. Поглощая газы, он сам не участвует в химических реакциях.
В таблице, помещенной ниже, показано, какое количество различных газов может быть поглощено одним граммом активированного угля при 15 °C и нормальном давлении. Вы сразу же заметите закономерность: газ поглощается тем лучше, чем выше его критическая температура, то есть чем легче он сжижается.
Конструкция самодельного газового аккумулятора показана на рисунке 1.
В емкость 1 налит электролит 2. В электролит опущены два электрода, которые состоят и стержня 3 и мешочка 4 с активированным углем 5. Предохраняет мешочки от смещения перегородка 6, которая изготавливается из любого электроизоляционного материала. Емкость закрывается крышкой 7.
В качестве емкости газового аккумулятора с успехом могут быть использованы, например, баночки для специй — они продаются в хозяйственных магазинах. Можно взять и стеклянные банки, но их надо покрыть снаружи асфальтовым лаком, чтобы свет не проникал внутрь, а то он будет способствовать разрядке аккумулятора.