ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА

Извлечение металлов

Извлечение металлов первой и второй групп периодической системы осуществляется с помощью электролиза из расплавленных галогенидов этих металлов. Например, натрий получают электролизом расплавленного хлорида натрия в электролизере Даунса. Магний получают электролизом хлорида магния, который в свою очередь получают из доломита и морской воды. Подробное описание этих и других способов получения металлов приведены в других местах книги, которые указаны в табл. 10.4.

Таблица 10.4. Способы электролитического получения металлов

Металл

Сырье

Электролит

Ион, разряжаемый на катоде

См. разд.

Алюминий

Бокситная руда

Al2O3, растворенный в расплавленном криолите

Al3 +

15.1

Кальций

Хлорид кальция-отходы процесса Сольве (производство Na2CO3)

CaCl2

Ca2 +

13.3

Магний

Доломит и морская вода

MgCl2

Mg2 + Na+

13.3

Натрий

Каменная соль

NaCl

13.3

Цинк

ZnS-руда (цинковая обманка)

ZnSO4

Zn2 +

10.5

Очистка металлов

Очистка таких металлов, как медь и цинк, может осуществляться с помощью электролиза. Очистка металлов называется рафинированием (см. разд. 10.5). На рис. 10.7 схематически изображен процесс очистки меди. Неочищенная медь играет в этом процессе роль анода, а очищенная медь-роль катода; в качестве электролита может использоваться раствор сульфата меди(II). На аноде протекает полуреакция

Сu(тв.) =Cu2+(водн.) + 2е-

Примеси, высвобождаемые при растворении неочищенной меди на аноде, опускаются на дно электролизера, образуя так называемый анодный ил. Этот ил может содержать драгоценные металлы, например золото и серебро. Переходящие в раствор ионы меди разряжаются и осаждаются на чистом медном катоде. Эта полуреакция описывается уравнением

Cu2 +(водн.) = Сu(тв.) + 2е-

Примеси (анодный ил)

Нанесение гальванических покрытий

В этом процессе нанесение покрытия (электроосаждение) осуществляется на катоде. Катод погружают в электролит, который содержит ионы электроосаждаемого металла. В качестве анода используется пластина или стержень из того металла, которым наносят покрытие. Для успешного проведения электроосаждения следует тщательно контролировать силу электрического тока, концентрацию электролита и температуру. Кроме того, необходимо предварительно подвергнуть очистке катод.

Нанесение гальванического покрытия может включать целый ряд стадий. Например, покрытие железа хромом включает четыре стадии:

1. Очистка железного предмета, играющего роль катода, при помощи серной кислоты с последующей промывкой деионизированной водой.

2. Покрытие железного катода медью.

3. Последующее покрытие катода никелем с целью предотвращения коррозии.

4. Окончательное покрытие предмета хромом.

Анодирование

Так называется процесс покрытия алюминиевых предметов оксидом алюминия. В этом процессе покрываемый предмет играет роль анода, а в качестве электролита используется разбавленная серная кислота. Покрытие из оксида алюминия предохраняет предмет от коррозии.

Получение химических веществ

Важнейшим примером подобного применения электролиза является получение гидроксида натрия, водорода и хлора в электролизере с ртутным катодом. Подробное описание этого процесса приводится в разд. 13.3.

Электрофорез

На поверхности коллоидных частиц, взвешенных в растворе, часто имеются электрические заряды из-за адсорбции ионов или электронов. Например, частицы золота в водном золе золота адсорбируют на своей поверхности гидроксидные ионы. При пропускании электрического тока через золь отрицательно заряженные частицы золя мигрируют к аноду (рис. 10.8). Миграция заряженных коллоидных частиц к какому-либо электроду называется электрофорез. (Другое название электрофореза-катафорез.)

 

Электрофорез находит важные применения в технике, медицине и биохимии. Он может использоваться для разделения, идентификации и количественного определения белков и жиров (см. разд. 20.3) в крови.

 

Оглавление: