referat.clopotel.ro

Ce este electroliza?Inainte de anul 1880, energia electrica avea o utilizare foarte limitata in industria chimica, cu toate ca primele cercetari de laborator in domeniul electrochimiei dateaza inca de la inceputul secolului al XIX-lea. Dezvoltarea larga a electrochimiei industriale a inceput abia dupa inventarea si perfectionarea dinamului. Un rol important in dezvoltarea electrochimiei ii revine lui M. Faraday care a formulat legile fundamentale ale electrolizei.Daca e sa vorbim de cuvintul electroliza- acesta ar insemna: lisis- descompunere, electro- curent, si, prin urmare:

Procesul de oxido-reducere care are loc la electrozi la trecerea curentului electric continuu prin solutia sau topitura unui electrolit se numeste electroliza.

Electrolit--substanta chimica care se poate descompune sub influenta unui curent electric.

In procesul electrolizei energia electrica se transforma in energie chimica, adica in energia substantelor formate. Fomenul dat este complex si consta in urmatoarele:

daca introducem 2 electrozi in solutia sau topitura unui electrolit si-i vom uni catodul (-) si anodul (+) unei surse de curent electric continuu, atunci, sub actiunea cimpului electric are loc cit migratia ionilor cu sarcina pozitiva (cationi) catre catod si a ionilor cu sarcina negativa (anioni) spre anod, cit si neutralizarea acestora. La catod cationii aditioneaza electroni si se reduc. Anionii, apropiindu-se de anod, cedeaza electronii si se oxideaza.

Catodul este un reducator puternic, iar anodul oxidant.

Atomii transformati in procesul de electroliza se pot depune ca atare pe electrod sau pot reactiona: cu moleculele dizolvantului, cu electrodul, sau intre ei. Se formeaza astfel produsi secundari ai electrolizei. Produsele electrolizei depind de natura si concentratia electrolitului, de natura anodului si de densitatea curentului electric.

In continuare se vor analiza, in majoritate, fenomenele ce au loc la electroliza sarurilor.

Electrozii pot fi insolubili (C-carbune, Pt) si solubili (toate celelalte).Astfel, deosebim doua tipuri de electroliza: a topiturilor si a solutiilor.Legile cantitative ale electrolizei au fost descoperite de catre M. Faraday (1827). Electroliza topiturilorLa electroliza topiturilor se oxideaza si se reduc ionii electrolitului.

Luam ca exemplu procesele ce se petrec la electroliza topiturii clorurii de sodiu NaCl:

Schema electrolizei topiturii NaCl:NaCl = Na+ +Cl-(-) catod 2Na+ + 2e ( Na (reducere)(+) anod 2Cl- -2e ( Cl2 (g) (oxidare)Ecuatia sumara: 2NaCl ((electroliza) 2Na + Cl2 (g)Pentru a reprezenta in scris procesele se alcatuieste schema electrolizei si se egaleaza numarul de electroni aditionati si cedati, numarul de ioni si atomi ai tuturor elementelor, apoi se alcatuieste ecuatia sumara a electrolizei in forma moleculara.

Electroliza topiturilor este folosita la obtinerea metalelor alcaline, alcalino-pamintoase, aluminiului, magneziului, beriliului, lant anoidelor si unor metale greu fuzibile, ca titanul, molibdenul s.a.

Electroliza solutiilor apoase de electrolitiIn solutii apoase procesele decurg mai dificil decit in topituri.Deosebim procese catodice si procese anodice in solutiile apoase de electroliti.

La procesele anodice si catodice in cazul dat poate participa si apa.

Electroliza apei

Experimental s-a constatat ca prin electroliza apei acidulate se obtine hidrogen si oxigen. Deci in solutie sint prezenti ionii proveniti prin ionizarea apei si a acidului.2H2O-H3O + HO s-au simplificatTinand seama de faptul ca electrodul negativ, catodul, are tendinta de a ceda electronii, iar anodul (+) are tendinta de a acepta electroni, procesele mai pot fi scrise sub forma:(-)2H2O+2e-H2(g)+2HO (+)2H2O- O2(g)+4H + 4eDeci la catod se degaja hidrogenul iar la anod oxigenul.S-a prezentat o pila de combustie ce permite transformarea energiei chimice in energie electrica prin arderea hidrogenului in oxigen.Prin utilizarea pilelor de combustie hidrogenul devine combustibilul viitorului, iar apa este purtator de energie .

Hidrogenul sub forma de gaz, poate fi transportat prin conducte.Dar hidrogenul poate fi pastrat fie din in rezervoare subterane, ca gaz, fie sub forma solida, ca hidruri. In acest mod problema stocarii energiei devine mai simpla.Hidrogenul este utilizat la consumatori, rezultatul fiind vaporii de apa care apar in urma arderii lui. Vaporii se ridica in atmosfera, iar apoi se condenseaza, cazind din nou pe pamant in apa marilor si a oceanelor.Deci, in afara de faptul ca hidrogenul permite stocarea energiei,el evita poluarea atmosferei.Se preconizeaza ca energia electrica necesara producerii hidrogenului si oxigenului in celule de electroliza sa provina din energia nucleara sau prin conversie directa din energie solara. Intrucat electroliza are multiple aplicatii, este deosebit de important cunoasterea aspectului cantitativ al fenomenului, deci a legilor ce il guverneaza.Deci echivalentul electrochimic prezinta masa de substanta depusa la electrod atunci cand prin solutie trec o sarcina electrica egala cu unitatea.Pentru a stabili relatia dintre masele diferitelor metale care sant depuse la electrod atunci cand prin solutie trece aceeasi sarcina electrica, se considera o experienta similara celei efectuate de catre Faraday.Se considera trei celule electrolitice continind solutii de azotat de argint, sulfat de cupru, respectiv clorura de fier. Prin cantarire s-a determinat masa electrozilor inerti. Pentru ca prin toate celulele sa treaca un curent de aceeasi intensitate se conecteaza celulele in serie. Intrebuintari speciale ale electrolizeiProcesele de electroliza si-au gasit o larga intrebuintare in multe ramuri ale economiei nationale.

In industria chimica electroliza se aplica pentru obtinerea substantelor pretioase: hidrogenului, oxigenului (prin electroliza solutiei hidroxidului de sodiu); clorului si hidroxidului de sodiu- din solutia clorurii de sodiu; fluoruludin din topitura KF*HF; multor oxidanti ca Na2S2O8, KClO4, H2O2 etc., unor substante organice, de exemplu, anilinei din nitrobenzen; apei grele D2O etc.

Depunerea electrolitica si rafinarea metalelor da posibilitatea de a obtine metale cu puritate inalta.

Una din cele mai importante ramuri ale electrochimiei aplicate este galvanotehnica (galvanostegia si galvanoplastia). Acoperirile galvanice se aplica nu numai la protejarea metalelor de coroziune si in scopuri decorative, dar si cu scopuri speciale, de exemplu, pentru a mari puterea reflectoarelor si ghidurilor de unde, pentru micsorarea rezistentei contactelor electrice.Acoperirile pot fi realizate prin electroliza cu anozi solubili (nichelare, zincare, cadmare, spoire, argintare) si cu anozi insolubili (cromare, aurire).

Galvanoplastia are aplicare la fabricarea schemelor de radio imprimate pentru aparatele de radio miniaturale (depunerea desenelor metalice pe semiconductori si pe dielectrici).

In tehnologia constructiei de masini si de aparate electroliza se aplica pentru prelucrarea suprafetei pieselor. Decaparea electrochimica are unele avantaje fata de decaparea chimica: procesul de decapare devine dirijat, viteza lui creste cionsiderabil si, mai ales, poate fi aplicat la otelurile aliate, care nu se supun decaparii chimice. La decaparea catodica si degresarea suprafetei metalului are loc detasarea de pe metal a peliculei de ulei si a oxizilor, datorita actiunii mecanice a bulelor de hidrogen, care se degaja la catod. La decapare anodica are loc separarea peliculelor de oxid datorita gazelor care se degaja si datorita, de asemenea, dizolvarii anodice a metalului.

Lustruirea electrochimica poate fi folosita ca metoda de prelucrare cu precizie a pieselor, mai ales a celor cu profil complicat si, de asemenea la studierea proprietalilor optice, magnetice, electrice, rezistentei la coroziune si altor proprietati ale suprafetelor metalice.Decaparea electrochimica si lustruirea se aplica pe larg la prelucrarea semiconductorilor si la studierea proprietatilor lor. Mai ales se decurge la decaparea cu scopul de a stabili tranzitiile p si n , pentru a taia monocristalele, pentru a obtine monstrele fine, pentru decaparea cavitatilor si gaurilor etc. Prelucrarea electrochimica este o metoda de formare a fabricatelor din metale cu rezistenta si duritate diferita, care se supun anevoios prelucrarii mecanice, de exemplu, slefuira electromenanica si ascutirea instrumentelor. Procesul este numit uneori frezare chimica sau prelucrare in adincime a metalelor. Oxidarea anodica (a aluminiului, otelului, aliajelor cuprului) este folosita pentru protectia contra coroziunii si cu scopuri decorative.Prin electroliza substantelor topite se obtin: sodiu, calciu, magneziu, aluminiu si alte metale. Datorita metodelor eletrochimice s-a reusit sa se realizeze pe scara indsutriala obtinerea unor metale ca: bariu, cesiu, litiu etc.

Alte aplicatii

Electroliza se mai utilizeaza in instrumente de masurare ale pH-ului. Aceste instrumente compara pH solutiei cu cel al electrodului corespunzator.O alta aplicatie este utilizarea electrolizei la eliminarea parului nedorit de pe corp. Eliminarea parului are loc prin aplicarea unei tensiuni foarte mici intr-o solutie de NaCl ce se afla la radacina parului. In urma electrolizei rezulta NaOH ce arde radacina parului, distrugand firul. Aceasta tehnica este scumpa cat-de-cat si detine si critici. Produce durere in functie de zona ce este electrocutata, durerea putand chiar fi uriasa in cazul unor tensiuni putin prea mari.Electroliza se mai utilizeaza in industria uleiului comestibil, in instalatiile de intarire a grasimilor atata animale cat si vegetale.Orice automobil are nevoie de acumulator. Cele mai frecvente sunt acumulatoarele de plumb in care se toarna solutie de acid sulfuric. Acesta are rolul de element galvanic, iar la incarcarea lui la electrozi are loc electroliza.PAGE 4referat.clopotel.ro