Меню

Реакции идущие при электрическом токе

Поражение электрическим током

Широкое применение электрического оборудования на производстве и в разнообразной электротехники в быту способствует возрастанию уровня электротравматизма, которым сопровождается поражение электрическим током. Электрический ток при определенных условиях является опасным поражающим фактором, негативно воздействующим на человеческий организм. На рис. ниже показана кисть человеческой руки, травмированная электротоком.

Электротравма кисти руки

Воздействие электротока на человеческий организм

Механизм негативного влияния электротока на человеческий организм является сложным и многообразным. При своем прохождении через тело ток оказывает следующие виды воздействий:

  1. Термическое воздействие, проявляющееся нагревом кожи и ткани внутренних органов вплоть до ожогов, приводящих к повреждениям кровеносных сосудов, нервных волокон и мозга и омертвению тканей участков тела. При термических воздействиях отмечаются резкие функциональные расстройства систем жизнеобеспечения человека, например, внезапно возникающие кровотечения;
  2. Электролитическое воздействие, вызывающее электролиз лимфатической жидкости и разложение крови, нарушая физико-химический состав всех тканей организма;
  3. Биологическое воздействие, выражающееся в нарушении нормального протекания биоэлектрических процессов, присущих живой материи. Действие биотоков, управляющих внутренними движениями тканей человеческого организма, нарушается, что приводит к непроизвольным противоестественным судорожным сокращениям сердечных мышц и легкого. Живые клетки и ткани, с которыми связана жизнеспособность организма, приходят в опасное возбуждение от воздействия тока и могут погибнуть;
  4. Механическое действие электрического тока, которое вызывает расслоение и разрыв тканей за счет взрывоподобного по скорости образования пара из крови и лимфатической жидкости. Механическое действие провоцирует сильнейшие сокращения мышц, вплоть до разрыва мышечных волокон;
  5. Световое действие, характеризующееся электроофтальмией после воздействия мощного потока ультрафиолетового излучения от вспышки электрической дуги. Внешние признаки поражения электрическим током проявляются воспалением наружной оболочки глаза.

На рис. ниже показан глаз с признаками электроофтальмии.

Проявления электроофтальмии

Понятие электротравмы

Патофизиологическим результатом разнообразных воздействий электротоков различной силы на человека является поражение электрическим током, трактуемое ГОСТ Р МЭК 61140-2000 «Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности…» как «…физиологическое воздействие проходящего через тело человека электрического тока» (п.3.1). Весь комплекс изменений анатомических соотношений в организме, нарушений функций систем, органов и тканей, сопровождающийся соответствующей реакцией организма на действие протекающего через него тока принято называть электротравмой. В обиходной речи электротравмой называют повреждения электрическим током, фиксируемые визуально (ожог) или по ответной реакции организма следующего вида:

  • ощущение механического толчка или удара, когда происходит поражение током;
  • мышечные судороги с болевым эффектом;
  • фибрилляция сердца, выражающаяся в нарушении работы сердечной мышцы, вплоть до остановки сердца и клинической смерти.

Обратите внимание! Вероятность поражающего травмирования электротоком относится к категории неявных опасностей, поскольку отсутствуют внешние атрибуты и признаки реальной грозящей опасности, чтобы люди могли бы заблаговременно их обнаружить при помощи органов чувств (например, по аналогии «горячий-холодный» или «тупой-острый» предмет).

Степень тяжести поражения от удара электрическим током, в зависимости от реакции организма, подразделяется следующим образом:

  1. Первая степень – мышечные судороги, повышается артериальное давление, сильное головокружение, но без потери сознания;
  2. Вторая степень – мышечные судороги и потеря сознания, которое быстро возвращается, но надолго сохраняется состояние испуга. Иногда наблюдается частичный паралич;
  3. Третья степень – судороги групп мышц, приводящие к разрывам мягких тканей и вывихам суставов. Нарушаются сердечная деятельность и дыхание, происходит потеря сознания. Из-за спазма голосовых связок пострадавший не в состоянии кричать, чтобы позвать на помощь;
  4. Четвертая степень – паралич дыхательной системы, фибрилляция сердечной мышцы. Клиническая смерть.

Важно! Клинической смертью называют переходный период, наступающий с момента остановки дыхания и работы сердца. У пострадавшего от удара током отсутствуют признаки жизни, его сердце не работает, дыхание отсутствует. Однако при поражении током в период клинической смерти жизненные функции органов сразу не угасают, что дает шанс на сохранение жизни человеку, если вовремя оказать ему соответствующую помощь – искусственное дыхание и массаж сердца.

Классификация электротравматизма

Электротравмы классифицируют по следующим признакам:

  1. По месту получения травмы электротоком;

В общем случае определены три вида травматических поражений токами различного характера происхождения:

  • Производственные электротравмы – если человек пострадал на работе, работая с оборудованием, задействованным от электричества;
  • Бытовые травмы от электричества, полученные в бытовых условиях. В основном, бытовому электротравматизму подвержены домохозяйки и маленькие дети. Основные причины – игнорирование требований техники безопасности в обращении с бытовой техникой (стиральными машинами, электромикроволновками, утюгами);
  • Природные электротравмы – как результат воздействия природного электричества. Классический пример – удар молнией, представляющий собой разряд атмосферного электричества.

На рис. ниже показана типовая бытовая электротравма – ожог руки после удара током от неисправного электроприбора.

Бытовая электротравма

  1. По характеру действия тока (длительность воздействия);

Временной характер воздействия тока приводит к двум видам электротравматизма:

  • Мгновенным электротравмам, полученным от действия электрического разряда в течение короткого промежутка времени (так называемый удар током). Для них присущи опасные для жизни повреждения, требующие оказания срочной медицинской помощи;
  • Хроническому протеканию электротравматизма, связанному с длительным и незаметным влиянием электрических полей на человека. Например, хроническим электротравмам подвержен персонал, работающий вблизи мощных высоковольтных генераторов. Симптомы поражения хронического характера проявляются в повышенной утомляемости, треморе, повышенном артериальном давлении, нарушении сна, ухудшении памяти.
  1. По характеру поражения определены:
  • Местные электротравмы, характеризующиеся местным (локальным) повреждением определенной части тела;
  • Общие электротравмы, представляющие собой обширные поражения организма в результате протекания через него электрического тока. При общих электротравмах возможны остановки сердца и дыхания, приводящие к клинической смерти пострадавшего человека.

Согласно статистическим данным, повреждения от ударов током распределены следующим образом:

  • 20% всех случаев приходятся на местные электротравмы;
  • 25% – травмы общего характера;
  • 55% являются смешанными, в которых одновременно проявляются местные и общие поражения организма.

Виды местных электротравм

Местные электротравмы (далее по тексту МЭ) представляют собой ярко выраженные локальные нарушения анатомической целостности тканей, включая костные, вызванные поражающим действием электрического тока и дуги. В большинстве случаев МЭ излечиваются, функции органов пострадавшего частично или полностью восстанавливаются. Случаи гибели людей от МЭ довольно редки, чаще всего смерть наступает от тяжелого ожога. Опасность МЭ и сложность лечения оцениваются в соответствии со следующими факторами:

  • место, характер и степень повреждения ткани/тканей;
  • реакция организма на локальное повреждение.

Наиболее характерными являются следующие виды МЭ:

  1. Электроожоги, являющиеся результатом термической агрессии электротока при его протекании через тело;
  2. Электрические знаки (метки), представленные уплотненными участками бледно-желтого цвета в виде резко очерченных пятен на коже пострадавшего от удара током. Могут выглядеть как резаная или колотая рана либо как обугленный участок тела. На участке с электрической меткой кожа теряет чувствительность;
  3. Металлизация кожи, обусловленная проникновением в верхние слои человеческой кожи микрочастиц металла, расплавившегося при горении электрической дуги, или заряженных металлочастиц из ванн с электролитом;

Дополнительная информация. При коротком замыкании или отключении рубильника под нагрузкой образуется мощный тепловой поток, инициирующий расплавление металла токоведущих элементов. Возникающие при КЗ динамические силы разбрызгивают частицы расплавленного металла, которые разлетаются по сторонам с высокой скоростью.

  1. Механические повреждения как следствие неконтролируемых резких судорожных сокращений мышц при ударе током. Отмечаются вывихи суставов и разрывы связок, разрывы нервных волокон и кровеносных сосудов;
  2. Электроофтальмия.
Читайте также:  Тонер проводит ток или нет

Рассмотрим подробнее электроожоги как наиболее часто встречающиеся МЭ.

Электроожоги

На долю электроожогов приходится практически 60% всех МЭ. По условиям происхождения электроожоги разделяют на две категории травматизма:

  • токовые (или контактные) ожоговые травмы, возникающие в процессе протекания электротока непосредственно через человеческое тело при прямом контакте человека с токоведущими элементами;
  • дуговые ожоги, обусловленные поражением от электрической дуги.

На рис. ниже приведен пример вспышки дуги, зафиксированной камерой видеонаблюдения.

Вспышка дуги

Токовые ожоги возникают в электроустановках с небольшим напряжением, не превышающим 2 кВ. При более высоких напряжениях обычно образуется искра или дуга, которые становятся причиной ожога. По степени тяжести поражения токовые ожоги подразделяют следующим образом:

  1. I степень – незначительные повреждения верхних слоев кожного эпидермиса, покраснения и припухлость кожи без образования волдырей. Травма легко залечивается в домашних условиях, иногда даже не требует лечения;
  2. II степень – наряду с обычным повреждением верхнего слоя на коже выступают волдыри, заполненные желтоватым экссудатом (в обиходе волдыри от ожога просто называют пузырями). При небольших участках ожога вполне достаточно стационарного лечения на дому;
  3. III степень – кожа поражена по всей толще с развитием некроза, не допускающего ее самостоятельной регенерации (омертвление кожи и подкожной клетчатки);
  4. IV степень –полное некротическое поражение кожи, клетчатки, мышц, костей и сухожилий. Визуально последствия выражены обугленными конечностями и другими участками тела.

Важно! Для лечения ожогов III и IV степени требуется хирургическое вмешательство.

На рис. ниже проиллюстрированы степени ожоговых повреждений электротоком.

Степени тяжести электроожогов

Для возникновения дуговых ожогов нет необходимости в прохождении тока через человека. При горении дуги образуется мощный поток тепловой энергии, способный нанести сильнейшие ожоги вплоть до III и IV степени тяжести.

Общие электротравмы

Для общих электротравм (далее по тексту ОЭ) характерно поражение двух и более участков тела или сразу нескольких внутренних органов. Прямую угрозу жизнедеятельности организма представляют нарушения нормального функционирования различных систем жизнеобеспечения, включая работу сердца, мозга и центральной нервной системы.

Повреждающие возможности электрического тока зависят от следующих основных факторов:

  1. Рода тока (переменный или постоянный) и частоты тока;
  2. Силы тока и величины приложенного напряжения;
  3. Продолжительности действия тока;
  4. Пути электротока;

Принято выделять следующие петли вероятного прохождения тока через организм (см. рис. ниже):

  • поз. 1 – «рука-рука»;
  • поз. 2 – «левая рука-ноги»;
  • поз. 3 – «правая рука-нога»;
  • поз. 4 – «руки-ноги»;
  • поз. 5 – «нога-нога»;
  • поз. 6 – «голова-ноги»;
  • поз. 7 – «голова-рука»;
  • поз. 8 – «голова-нога».

Возможные пути тока через организм

Наиболее опасными по степени поражения считаются петли «голова-рука» (поз. 7) и «голова-нога» (поз.8), для которых характерно прохождение тока через головной и спинной мозг. Наименее опасной считается петля «нога-нога» (поз. 5), практически не затрагивающая жизненно важные органы.

  1. Сопротивления человеческого тела и состояния кожного покрова;
  2. Индивидуальных особенностей человеческого организма;
  3. Влажности окружающего воздуха.

Несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током, можно избежать, если строго соблюдать требования техники безопасности при эксплуатации электрооборудования или не пользоваться неисправными бытовыми электроприборами (например, в быту часто пренебрегают аккуратным подсоединением проводов к розеткам, пользуясь оголенными проводами, что чревато электротравмой). Правильное проектирование, монтаж или ремонт электрических устройств обеспечивают их безопасную эксплуатацию.

На рис. ниже показано опасное подсоединение проводов к розеткам.

Опасное подсоединение к розеткам

Видео

Источник



Электрохимические реакции

Проводники первого и второго рода

Ранее, при рассмотрении составных частей электрохимических систем, были использованы такие понятия, как проводники первого и второго рода. Разберем эти понятия поподробнее.

Твердые и жидкие проводники, прохождение через которые электрического тока не вызывает переноса вещества в виде ионов, называются проводниками первого рода. Электрический ток в проводниках первого рода осуществляется потоком электронов (электронная проводимость). К таким проводникам относятся твёрдые и жидкие металлы и некоторые неметаллы (графит, сульфиды цинка и свинца). Их удельное сопротивление r лежит в пределах 10 –8 – 10 –5 Ом×м. Температурный коэффициент проводимости отрицателен, то есть с ростом температуры электропроводность уменьшается.

Вещества, прохождение через которые электрического тока вызывает передвижение вещества в виде ионов (ионная проводимость), называются проводниками второго рода. Типичными проводниками второго рода являются растворы солей, кислот и оснований в воде и некоторых других растворителях (10 –2 £ r £ 10 4 Ом×м), расплавленные соли (10 –3 –1 Ом×м) и некоторые твёрдые соли (10 1 £ r £ 10 6 Ом×м). Температурный коэффициент электропроводности положителен. Как правило, в проводниках второго рода электричество переносится положительными (катионы) и отрицательными (анионы) ионами, однако некоторые твёрдые соли характеризуются униполярной проводимостью, то есть переносчиками тока в них являются ионы только одного знака — катионы (например, в AgCl) или анионы (BaCl2, ZrO2+CaO, растворы щёлочных металлов в жидком аммиаке).

Деление проводников в зависимости от типа проводимости (электронная или ионная) является условным. Известны твёрдые вещества со смешанной проводимостью, например Ag2S, ZnO, Cu2O и др. В некоторых солях при нагревании наблюдается переход от ионной проводимости к смешанной (CuCl).

Проводники второго рода называются электролитами. Это могут быть чистые вещества или растворы. Часто электролитами называют вещества, растворы которых проводят электрический ток. Эти растворы называют растворами электролитов.

Электрохимические реакции протекают на границе электрод (проводник первого рода) — электролит (проводник второго рода). Они вызваны невозможностью для электронов — носителей тока в электродах свободно двигаться в электролите. Эти реакции состоят в обмене электронами между электродом и ионами (молекулами) в растворе, при этом ионы (молекулы) теряют или изменяют свой электрический заряд. Это — первичная электрохимическая реакция, продукты которой нередко вступают в дальнейшие реакции, не связанные непосредственно с переносом тока ионами. Примерами катодных реакций могут служить следующие реакции:

Fe 3+ + e ® Fe 2+ (2)

На аноде могут протекать реакции типа:

Fe 2+ ® Fe 3+ + e (5)

Материал электрода может участвовать в электрохимической реакции [реакция (7)], но может быть и инертным (остальные реакции). В последнем случае на поверхности электрода могут выделяться металлы [реакция (1)] или газы [реакции (3, 4, 6)]. Наконец, электрохимическая реакция может протекать и при отсутствии перехода ионов из раствора к электроду и обратно. В этих случаях перенос электричества осуществляют только электроны, но у поверхности электрода в растворе ионы изменяют свою валентность [реакции (2) и (5)]. Совокупность двух электрохимических реакций, из которых одна протекает на катоде, а другая — на аноде, даёт химическую реакцию электролиза или реакцию, протекающую в электрохимическом элементе:

Cu 2+ + 2Cl – ® Cu(т) + Cl2 (1) + (6)

Законы электролиза (законы Фарадея)

Поскольку прохождение электрического тока через электрохимические системы связано с химическими превращениями, между количеством протекающего электричества и количеством прореагировавших веществ должна существовать определенная зависимость. Она была открыта Фарадеем и получила свое выражение в первых количественных законах электрохимии, названных впоследствии законами Фарадея.

Читайте также:  Измерительный трансформатор тока рисунок

Первый закон Фарадея. Количества веществ, превращённых при электролизе, пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит:

Dm – количество прореагировавшего вещества; kэ – некоторый коэффициент пропорциональности; q – количество электричества, равное произведению силы тока I на время t. Если q = It = 1, то Dm = kэ , то есть коэффициент kэ представляет собой количество вещества, прореагировавшего в результате протекания единицы количества электричества. Коэффициент kэ называется электрохимическим эквивалентом.

Второй закон Фарадея отражает связь, существующую между количеством прореагировавшего вещества и его природой: при постоянном количестве прошедшего электричества массы различных веществ, испытывающие превращение у электродов (выделение из раствора, изменение валентности), пропорциональны химическим эквивалентам этих веществ:

Можно объединить оба закона Фарадея в виде одного общего закона: для выделения или превращения с помощью тока 1 г-экв любого вещества (1/z моля вещества) необходимо всегда одно и то же количество электричества, называемое числом Фарадея (или фарадеем):

Точно измеренное значение числа Фарадея

F = 96484,52 ± 0,038 Кл/г-экв.

Таков заряд, несомый одним грамм-эквивалентом ионов любого вида. Умножив это число на z (число элементарных зарядов иона), получим количество электричества, которое несёт 1 г-ион. Разделив число Фарадея на число Авогадро, получим заряд одного одновалентного иона, равный заряду электрона:

e = 96484,52 / (6,022035×10 23 ) = 1,6021913×10 –19 Кл .

Законы, открытые Фарадеем в 1833 г., строго выполняются для проводников второго рода. Наблюдаемые отклонения от законов Фарадея являются кажущимися. Они часто связаны с наличием неучтённых параллельных электрохимических реакций. Отклонения от закона Фарадея в промышленных установках связаны с утечками тока, потерями вещества при разбрызгивании раствора и т.д. В технических установках отношение количества продукта, полученного при электролизе, к количеству, вычисленному на основе закона Фарадея, меньше единицы и называется выходом по току:

При тщательных лабораторных измерениях для однозначно протекающих электрохимических реакций выход по току равен единице (в пределах ошибок опыта). Закон Фарадея точно соблюдается, поэтому он лежит в основе самого точного метода измерения количества электричества, прошедшего через цепь, по количеству выделенного на электроде вещества. Для таких измерений используют кулонометры. В качестве кулонометров используют электрохимические системы, в которых нет параллельных электрохимических и побочных химических реакций. По методам определения количества образующихся веществ кулонометры подразделяют на электрогравиметрические, газовые и титрационные. Примером электрогравиметрических кулонометров являются серебряный и медный кулонометры. Действие серебряного кулонометра Ричардсона, представляющего собой электролизер

основано на взвешивании массы серебра, осевшей на катоде во время электролиза. При пропускании 96500 Кл (1 фарадея) электричества на катоде выделится 1 г-экв серебра (107 г). При пропускании nF электричества на катоде выделяется экспериментально определенная масса (Dmк ). Число пропущенных фарадеев электричества определяется из соотношения

n = Dm/107 .

Аналогичен принцип действия медного кулонометра.

В газовых кулонометрах продуктами электролиза являются газы, и количества выделяющихся на электродах веществ определяют измерением их объемов. Примером прибора такого типа является газовый кулонометр, основанный на реакции электролиза воды. При электролизе на катоде выделяется водород:

а на аноде – кислород:

Число фарадеев электричества, прошедшее через раствор, равно

где р – внешнее давление, Па; – давление насыщенного пара воды при температуре опыта, Па; V – суммарный объем выделенного газа, м 3 .

В титрационных кулонометрах количество вещества, образовавшегося в процессе электролиза, определяют титриметрически. К этому типу кулонометров относится титрационный кулонометр Кистяковского, представляющий собой электрохимическую систему

В процессе электролиза серебряный анод растворяется, образуя ионы серебра, которые оттитровывают. Число фарадеев электричества определяют по формуле

n = mVc ,

где m – масса раствора, г; V – объем титранта, пошедший на титрование 1 г анодной жидкости; c – концентрация титранта, г-экв/см 3 .

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Электролиз

Электролиз (греч. elektron — янтарь + lysis — разложение) — химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.

Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).

Электролиз

Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.

Катод

К катоду притягиваются катионы — положительно заряженные ионы: Na + , K + , Cu 2+ , Fe 3+ , Ag + и т.д.

Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Электролиз катод

Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) — на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).

Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды — выделяется водород.

В случае, если на катод поступают ионы водорода — H + (например при электролизе кислот HCl, H2SO4) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H + — 2e = H2

К аноду притягиваются анионы — отрицательно заряженные ионы: SO4 2- , PO4 3- , Cl — , Br — , I — , F — , S 2- , CH3COO — .

Электролиз анод

При электролизе кислородсодержащих анионов: SO4 2- , PO4 3- — на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.

Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор — если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.

Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ — CO2.

Примеры решения

В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.

Ряд активности металлов

Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде 😉

Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO3)2, AlBr3, NaF, FeI2, CH3COOLi.

Задания на электролиз

Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:

Натрий — активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген — хлор. Мы пишем уравнение, так что не можем заставить натрий испариться бесследно 🙂 Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.

Читайте также:  Частота постоянного тока 220в

Запишем реакцию электролиза для CuSO4:

Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.

Электролиз расплавов

Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.

Перед промышленной химией стоит важная задача — получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать методом электролиза растворов.

Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.

Электролиз расплава

В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Электролиз расплавов и растворов (солей, щелочей, кислот)

Содержание:

Сильнейшим окислительно — восстановительным действием обладает электрический ток. С помощью воздействия электрического тока на вещество можно получить чистый металл. Этот метод называется электролизом.

Электролиз – процесс, при котором происходит разложение вещества электрическим током.

Процесс электролиза может протекать только в веществах, проводящих электрический ток, то есть электролитах. К электролитам относят представителей основных классов неорганических соединений – кислоты, соли, щелочи.

Для протекания процесса требуется устройство, называемое электролизером.

Схема электролиза

Данное устройство работает от внешнего источника питания, который подает электрический ток. Представляет собой емкость, в которую опущены два электрода (катод и анод), заполнена емкость электролитом. При подаче электрического тока происходит разложение вещества. Для того чтобы узнать протекает электролиз или нет, в цепь включают лампочку, если лампочка загорается, значит в системе есть ток, если при замыкании цепи, лампочка не горит, то электролиз не протекает – вещество является не электролитом.

Катод (-) – является отрицательно заряженным электродом, катионы ( + ) перемещаются к нему и происходит процесс восстановления.

Анод (+) – положительно заряженный электрод, к нему перемещаются анионы (-) и происходит процесс окисления.

Можно выделить два типа электролиза для расплавов и растворов. Ход этих двух процессов происходит по-разному. Зависит по большей части это от содержания воды в растворе, которая тоже принимает участие в процессе. В расплаве происходит разложение только вещества.

Особенности электролиза расплавов

В расплаве электролит непосредственно подвергается воздействию электрического тока. Металл всегда образуется на катоде, а продукт анода зависит от природы вещества.

При разложении расплава оснований на катоде образуется металл, а на аноде окисляется кислород. (расплав соли – это чистое вещество без примесей в основном твердые вещества)

Расплав основания

Разложение расплавов солей происходит по-разному у бескислородных и кислородосодержащих. У бескислородной соли на аноде окисляется анион – кислотный остаток, а у кислородосодержащей – окисляется кислород.

Расплав соли

Рассмотрим пример электролиза расплава бескислородной соли – хлорида калия. Под действием постоянного электрического тока соль разлагается на катионы калия и анионы хлора.

Катионы K + перемещаются к катоду и принимают электроны, происходит восстановление металлического калия.

  • Катодный процесс: K + + e — → K 0

Анионы Cl движутся к аноду, отдавая электроны, происходит образование газообразного хлора.

  • Анодный процесс: 2Cl — — 2e — → Cl2 0 ↑

Суммарное уравнение процесса электролиза расплава хлористого калия можно представить следующим образом:

Особенности электролиза растворов

В растворах электролитов, помимо самого вещества, присутствует вода. Под действием электрического тока водный раствор электролита разлагается.

Процессы, происходящие на катоде и аноде, различаются.

1. Процесс на катоде не зависит от материала, из которого он изготовлен. Однако, зависит от положения металлов в электрохимическом ряду напряжений.

Процесс на катоде

2. Процесс на аноде зависит от материала, из которого состоит анод и от его природы.

а) Растворимый анод (Cu, Ag, Ni, Cd) подвергается Me => Me n+ + ne

б) На не растворимом аноде (графит, платина) обычно окисляются анионы S — , J — , Br — , Cl — , OH — и молекулы H2O:

  • 2J — => J2 0 + 2e;
  • 4OH — => O2 + 2H2O + 4e;
  • 2H2O => O2 + 4H + + 4e

Рассмотрим примеры различных вариантов электролиза растворов:

1. Разложение бескислородной соли на нерастворимом электроде

Чтобы ознакомиться с этим вариантом электролиза, возьмем йодистый калий. Под действием тока ионы калия устремляются к катоду, а ионы йода к аноду.

Калий находится в диапазоне активности слева от алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды и образуется атомарный водород.

Процесс протекает на нерастворимом аноде и в состав соли входит бескислородный остаток, поэтому на аноде образуется йод.

В результате можно создать общее уравнение электролиза:

2. Разложение бескислородной соли на растворимом электроде (медь)

Рассмотрим на примере хлорида натрия. Данная соль разлагается на ионы натрия и хлора, но следует учитывать материал анода. Медный анод сам подвергается окислению. На аноде выделяется чистая медь, и ионы меди переходят с анода на катод, где также осаждается медь. В итоге процесс можно представить следующими уравнениями реакций.

  • NaCl → Na + + Cl —
  • Катод: Cu 2+ + 2e — → Cu 0
  • Анод: Cu 02e — → Cu 2+

В растворе концентрация хлорида натрия остается неизменной, поэтому составить общее уравнение реакции процесса не представляется возможным.

3. Разложение кислородосодержащей соли на нерастворимом (инертном) электроде

Возьмем для примера раствор нитрата калия. В процессе электролиза происходит распад на ионы калия и кислотного остатка.

В ряду активности металлов калий находится левее алюминия, поэтому на катоде восстанавливаются молекулы воды и образуется газообразный водород.

Молекулы воды окисляются на аноде и выделяется кислород.

В результате получаем общее уравнение электролиза:

4. Электролиз раствора щелочи на инертном электроде

В случае разложения щелочи в процесс электролиза включаются молекулы воды и гидроксид-ионы.

Барий находится левее алюминия, поэтому на катоде происходит восстановление воды и выделение водорода.

На аноде откладываются молекулы кислорода.

Получаем суммарное уравнение электролиза:

5. Электролиз раствора кислоты на инертном электроде

При разложении азотной кислоты под действием электрического тока в процесс вступают катионы водорода и молекула воды.

На катоде выделяется водород, на аноде – кислород. Получаем суммарное уравнение процесса:

Применение электролиза

Процессы электролиза нашли свое применение в промышленности в первую очередь для получения чистых металлов электрохимическим путем. Побочными продуктами этого процесса являются кислород и водород, поэтому он является промышленным способом получения этих газов. Очень часто применяют для очистки металлов от примесей и защиты от коррозии.

Источник