У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• які процеси відносять до електрохімічних;
• який окисно-відновний процес називають електролізом;
• про закони Фарадея, кількісні характеристики процесу електролізу.
Електрохімічні процеси. Практично всі метали більшою або меншою мірою розчиняються у воді.
Що відбувається на поверхні металевої пластинки, якщо її занурити у воду? У воду переходять позитивно заряджені йони металічного елемента, а поверхня самої пластинки (унаслідок появи на ній надлишку електронів) заряджується негативно (рис. 24). Гідратовані позитивно заряджені йони металічного елемента накопичуються біля поверхні пластинки — на межі розділу двох фаз (метал — вода). У результаті виникає подвійний електричний шар, який характеризується певною різницею електростатичних потенціалів :
Процеси, що відбуваються на межі двох фаз за участі заряджених частинок — йонів та електронів, наприклад у разі занурення металевої пластинки у воду, відносять до електрохімічних.
Поняття про електроліз як окисно-відновний процес
Окисно-відновний процес, що відбувається під час проходження постійного електричного струму крізь розплав або розчин електроліту, називають електролізом.
Під час перебігу цього процесу в устаткуванні, яке називають електро-лізером (рис. 25), електрична енергія перетворюється на енергію хімічну.
На негативно зарядженому електроді, який називають катодом, відбувається процес відновлення катіонів, наприклад у розчині CuCl2 це катіони Cu2+:
На позитивно зарядженому електроді, який називають анодом, відбувається процес окиснення аніонів указаного електроліту, тобто аніонів Cl-:
Як показано на рис. 25, для проведення електролізу необхідне, крім електроліту, джерело постійного електричного струму, а також електроди — катод і анод. Аноди поділяють на інертні (нерозчинні, що їх виготовляють, як правило, із графіту або вугілля) та активні (розчинні) — для них використовують метали Zn, Cu, Ni, Ag та ін. У разі використання активних анодів відбувається розчинення металевого анода під дією постійного електричного струму. При цьому катіони вказаних металічних елементів переходять у розчин, наприклад:
Потім ці катіони прямують до катода, де відновлюються:
У разі електролізу електролітів із застосуванням інертних електродів приблизно за однакових умов відновлення катіонів металічних елементів відбувається по-різному. Так, катіони, утворені металами, що стоять в ряду стандартних електродних потенціалів (СЕП) від літію до алюмінію, на катоді не відновлюються. На катоді відбувається відновлення тільки молекул води:
Якщо катіони утворені металами, що розташовані в ряду СЕП між алюмінієм і воднем, то на катоді відбувається одночасне відновлення і молекул води, і катіонів цих металів, наприклад:
У разі електролізу водних розчинів електролітів, утворених катіонами металів, що стоять після водню в ряду СЕП, на катоді відновлюються тільки катіони цих металів:
|
На катоді відновлюються тільки молекули H2O |
 |
|
На катоді відновлюються одночасно і катіони цих металів, і молекули H2O |
 |
|
На катоді відновлюються тільки катіони цих металів |
 |
Характер електрохімічних процесів на електродах під час електролізу залежить від матеріалу, з якого виготовлено електроди, а також таких факторів, як температура та природа електроліту, напруга, густина струму тощо.
Закони Фарадея. Кількісні характеристики процесів, які відбуваються під час електролізу, підпорядковуються двом законам Фарадея:
I. Маса речовини, що виділяється на електродах при електролізі, прямо пропорційна кількості електрики, яка пройшла крізь розчин або розплав електроліту.
II. При пропусканні однакової кількості електрики крізь розчини або розплави різних електролітів маса речовин, які виділяються на електродах, пропорційна їхнім молярним масам еквівалентів.
Обидва закони об’єднують загальною формулою
Основні поняття. Подвійний електричний шар. Електроліз. Електролізер. Анод. Катод.
Майкл Фарадей (1791-1867)
Один із найвидатніших англійських науковців, фізик і хімік. Більшість його робіт присвячена дослідженню електрики. Він установив закони електролізу, відкрив явище електромагнітної індукції.
Уперше одержав у рідкому стані цілу низку газів (хлор, амоніак та ін.). Відкрив бензол та ізобутилен.
Запитання та завдання
°1. Які процеси називають електрохімічними?
°2. Який процес називають електролізом?
3. Який вид енергії перетворюється на хімічну енергію під час електролізу?
4. Який електрод, що його використовують під час електролізу, називають катодом, а який — анодом? Які заряди вони мають?
5. Від яких чинників залежить перебіг електрохімічних процесів на електродах під час електролізу?
6. Які процеси відбуваються на електродах під час електролізу на ка-то дах, що виготовлені з металів, розташованих в ряду СЕП після водню?
7. Які фізичні закони описують залежності між кількістю електрики та перетвореннями речовин під час електролізу? Дайте визначення та математичний вираз цих законів.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)