ЕЛЕКТРОЛІЗ

ЕЛЕКТРОЛІЗ (лат. electrolysis < грец. elektron — бурштин + lysis — розкладання, розчинення) — сукупність процесів, які відбуваються під дією постійного електричного струму на електродах гальванічної ванни. Для здійснення Е. необхідні джерело постійного електричного струму та електролітична комірка, до складу якої входять два електроди — катод і анод. Електрод, приєднаний до негативного полюса, називають катодом, до позитивного полюса — анодом. Обидва електроди занурюють у розчин або розплав електроліту. Посудину, в якій відбувається Е., називають електролізером (електролітична ванна). Проходження електричного струму крізь розчин або розплав електроліту зумовлює хімічні реакції на поверхні поділу електрод — розчин (розплав електроліту).

Особливість Е. — просторове розділення процесів окиснення та відновлення: електрохімічне окиснення відбувається на аноді, відновлення — на катоді. Е. проходить за рахунок енергії постійного струму й енергії, яка виділяється при хімічних перетвореннях на електродах. Енергія при Е. витрачається на підвищення гіббсової енергії системи в процесі утворення цільових продуктів і частково розсіюється у вигляді теплоти при подоланні опору в електролізері та інших ділянках електричного ланцюга. На катоді в результаті Е. відновлюються катіони або молекули електроліту з утворенням нових продуктів. Катіони приєднують електрони й перетворюються на іони з меншим зарядом (Fe3+ + → Fe2+) або на атоми (Cu2+ + 2ē → Cu). Нейтральні молекули можуть брати участь в електродному процесі на катоді безпосередньо або реагувати з продуктами катодного процесу (2H2O + 2ē → H2 + 2OH). На аноді в результаті Е. окиснюються іони або молекули, які містяться в електроліті або належать матеріалу анода (анод розчинний), напр. виділення кисню (4ОН → 2Н2О + О2 + 4ē) і хлору (2Cl → Cl2 + 2ē), утворення хромату (Cr3+ + 3OH + H2O → CrO + 5H+ + 3ē), розчинення міді (Cu → Cu2+ + 2ē), окиснення алюмінію (2Al + 3H2O → Al2O3 + 6H+ + 6ē). Електрохімічна реакція одержання певних речовин пов’язана з передачею електронів від електрода до електроліту (або навпаки) згідно з рівнянням реакції. Швидкість електродних реакцій залежить від складу і концентрації електроліту, матеріалу електрода, електродного потенціалу, температури тощо. Швидкість кожної електрохімічної реакції визначається швидкістю перенесення електричних зарядів через одиницю поверхні електрода за одиницю часу; мірою швидкості є густина струму. Кількість продуктів, які утворюються при Е., визначається законами Фарадея. Коли на електроді відбувається низка електрохімічних перетворень, то частка струму (%), яка витрачається на утворення продукту одного з них, має назву «вихід за струмом».

Е. широко застосовується у металургійній та хімічній промисловості. Це пояснюється легкістю управління, швидкістю і селективною спрямованістю процесу. Е. розплавів одержують лужні, лужноземельні метали, алюміній, хлор. Е. водних розчинів солей одержують цинк, кадмій, мідь, залізо, водень, кисень, хлор та інші продукти. Електрохімічне рафінування металів використовують для одержання чистих металів: міді, олова, свинцю, срібла. Процеси осадження застосовують для покриття поверхні одного металу іншим. За допомогою Е. одержують металічні копії художніх виробів, здійснюють захист металів від корозії тощо.

Е. використовують у хімічній промисловості для одержання низки сполук: пероксиду водню, калію перманганату, калію хлорату тощо. Напр. дезінфекційний засіб калію перманганат у промисловості одержують двома способами: комбінованим (напівелектрохімічним) та електрохімічним. Комбінований спосіб базується на сплавленні піролюзиту (MnO2) з КОН у присутності кисню повітря:

MnO2 + 2KOH + ½ O2 → K2MnO4 + H2O

з подальшим електрохімічним окисненням калію манганату:

на аноді:

2MnO42– — 2ē → 2MnO4

на катоді:

2H2O +2ē → H2 + 2OH.

Електроліт — лужний розчин K2MnO4, електроди виготовлені з нікелю або сталі; утворений малорозчинний KMnO4 випадає на дно електролізера.

Основні реакції електрохімічного способу:

на аноді:

Mn + 8OH — 7ē → MnO4 + 4H2O

на катоді:

2H2O + 2ē → H2 + 2OH.

Електроліт — розчин КОН. Анод — феромарганець (сплав марганцю із залізом). Електрохімічний синтез меркурію (ІІ) оксиду (антисептичний засіб) здійснюється при Е. водних розчинів калію карбонату, калію гідроксиду, а також суміші цих речовин з калію хлоридом. Утворення HgO відбувається внаслідок розчинення ртутного анода:

Hg + 2OH — 2ē → HgO + H2O.

На катоді (Fe або Ni) виділяється водень:

2H2O + 2ē → H2 + 2OH.

Сумарний процес електролізу:

Hg + H2O = HgO + H2.

Е. — один з простих і найбільш поширених з методів фізико-хімічного аналізу (див. Електрохімічні методи аналізу).

Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. — М., 1975; Скорчелетти В.В. Теоретическая электрохимия. — Л., 1974.