Электрохимические процессы

Электрохимическими процессами называют такие технологические процессы, в ходе которых электрическая энергия превращается в химическую и, наоборот, химическая - в электрическую.

Преобразование химической энергии в электрическую имеет место в гальванических элементах. Вследствие такого перехода гальванический элемент становится источником постоянного тока.

Если электрическую энергию ввести в химическую систему (раствор или расплав) в виде постоянного тока с помощью электродов, то возникнут химические процессы, которые называют электролизом.

В 30-х годах XIX ст. английский физик Майкл Фарадей открыл законы электролиза. Уже из первых опытов выяснилось, что электролиз имеет большое практическое значение. Тем не менее отсутствие мощных источников постоянного тока замедлили его развитие. После изобретения мощной динамомашины в 1870 г., которая вырабатывала постоянный ток, начали строить электрохимические предприятия, на которые рафинировали медь. С течением времени начали строить заводы для производства алюминия, хлора и т.п.

Электролизом водных растворов получают продукцию неорганической химии: водород, кислород, хлор, едкий натр и др.

Электролиз расплавленных солей используют для производства легких, трудноплавких металлов, рафинирования металлов и получения сплавов. Такие металлы, как алюминий, магний, натрий литий получают лишь электрохимическим способом.

Металлообрабатывающая промышленность использует электрохимические процессы для изготовления изделий из твердых металлов и сплавов, изготовления и размножения металлических копий (гальванопластика) и нанесения покрытий из чистых металлов и сплавов на поверхности металлических изделий.

Главный недостаток электрохимических процессов - большие затраты электроэнергии, стоимость которой составляет основную часть себестоимости продукции. Именно поэтому на предприятиях, где используют электрохимические процессы, необходимо рационально использовать электрическую энергию.

Электрохимические процессы происходят в агрегатах, которые называют электролизерами. Они состоят из ванны, выложенной изнутри кислотостойкими материалами, электродов (анода и катода), вспомогательных механизмов и устройств. Через электролит (раствор или расплав), которым заполняют ванную, от положительного электрода (анода) к отрицательному (катоду) проходит постоянный электрический ток.

Электроды могут быть твердыми (например, изготовленные из меди, железа, графита и т.п.) и жидкими (из ртути).

На аноде происходят реакции растворения или окисления металла, на катоде - его выделение или восстановление. Например, в процессе электролиза водного раствора хлорида натрия (NаСl) на аноде выделяется хлор, а на катоде – водород; в процессе рафинирования меди анод, изготовленный из червленой меди, растворяется, а на катоде выделяется чистая медь. Вследствие чего размеры анода уменьшаются, а катода увеличиваются. Примеси переходят в электролит.