อิเล็กโทรไลซิสของเหล็ก รับโลหะ

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านโลหะ (ตัวนำชนิดที่ 1) จะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี และโลหะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง หากกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสารละลายหลอมเหลวหรืออิเล็กโทรไลต์ (ตัวนำชนิดที่สอง) ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ (อิเล็กโทรไลซิส) จะเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานของตัวนำโลหะอิเล็กโทรไลต์ (อิเล็กโทรด) และสารประกอบใหม่จะเกิดขึ้น

อิเล็กโทรไลซิสเป็นชุดของกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ระบบไฟฟ้าเคมีประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองขั้วและสารละลายหลอมเหลวหรืออิเล็กโทรไลต์

ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ไอออนบวกจะเคลื่อนไปที่ขั้วลบ (แคโทด) และประจุลบไปยังขั้วบวก (แอโนด) อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ แคตไอออนและแอนไอออนของอิเล็กโทรไลต์จะไม่ถูกปล่อยออกมาเสมอ รับหรือบริจาคอิเล็กตรอน บ่อยครั้งตัวทำละลาย-อิเล็กโทรไลต์ เช่น น้ำ มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิส

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างปฏิกิริยาในเซลล์กัลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรไลต์นั้นอยู่ในทิศทางและความเป็นธรรมชาติเท่านั้น ในวงจรปิดของเซลล์กัลวานิก ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีจะเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และในอิเล็กโทรไลเซอร์ - เฉพาะภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้าจากแหล่งภายนอกเท่านั้น

ให้ความสนใจกับชื่อของอิเล็กโทรด: ในเซลล์กัลวานิก อิเล็กโทรดลบคือแอโนด และขั้วบวกคือแคโทด ในอิเล็กโทรไลเซอร์ตรงกันข้ามอิเล็กโทรดลบคือแคโทดและขั้วบวกคือแอโนด

ควรจำไว้ว่าคำว่า "เชิงลบ" และ "บวก" หมายถึงขั้วของแหล่งกำเนิดปัจจุบันเสมอ นี่คือวิธีที่พวกเขากำหนดอิเล็กโทรดอิเล็กโทรไลต์ สิ่งที่พบบ่อยในกระบวนการเหล่านี้คือทั้งในเซลล์กัลวานิกและในอิเล็กโทรไลเซอร์ อิเล็กตรอนส่วนเกินจะถูกสร้างขึ้นบนอิเล็กโทรดขั้วลบ ที่ขั้วลบ ไอออนหรือโมเลกุลจะลดลงโดยการกระทำของอิเล็กตรอน ที่ขั้วบวก อนุภาคจะถูกออกซิไดซ์ โดยส่งอิเล็กตรอนไปยังอิเล็กโทรด

ในอิเล็กโทรไลเซอร์ ไอออนบวก (M NS+) ย้ายไปที่แคโทด (-) และแอนไอออน (A NS-) - ไปยังขั้วบวก (+)

ความเครียดจากการสลายตัวอิเล็กโทรไลต์ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ (EMF ภายนอก) ที่ต้องใช้กับอิเล็กโทรด ตัวอย่างเช่น สำหรับสารละลายซิงค์คลอไรด์ภายใต้สภาวะมาตรฐาน:

สังกะสี 2+ + 2 ē = Zn φ ° = - 0.76 B,

Cl 2 + 2 ē = 2Cl - φ ° = + 1.36 V,

และแรงดันสลายตัวจะเท่ากัน (ในค่าสัมบูรณ์) กับผลรวมของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรดทั้งสอง: 0.76 + 1.36 = 2.12 V, i.e. แรงดันสลายตัวต้องไม่ต่ำกว่า EMF ของเซลล์กัลวานิกที่สอดคล้องกัน

แรงดันสลายตัวประกอบด้วยศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดสองขั้ว - ศักย์ไฟฟ้าในการปล่อยไอออน

ศักยภาพการปลดปล่อยไอออนบวกบางครั้งเรียกว่า ศักยภาพในการสะสมโลหะ. นี่คือศักยภาพขั้นต่ำที่ต้องใช้กับอิเล็กโทรดเพื่อให้ไอออนบวกสูญเสียประจุและเกิดการสะสมของโลหะ สำหรับไอออนบางชนิด (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) ศักย์ของการสะสมจะใกล้เคียงกับศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด สำหรับไอออนอื่นๆ (Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) ศักย์ของการสะสมตัวจะสูงกว่าอิเล็กโทรดอย่างมีนัยสำคัญ ศักยภาพของโลหะ - สำหรับกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องมีแรงดันไฟฟ้าเกิน

แยกแยะ อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายและ อิเล็กโทรลิซิสละลาย... อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายแบ่งออกเป็น อิเล็กโทรไลซิสด้วยอิเล็กโทรดเฉื่อยและ อิเล็กโทรไลซิสขั้วบวกที่ละลายน้ำได้... อิเล็กโทรดที่เป็นโลหะ (Pt, Au) และอโลหะ (กราไฟต์) สามารถเฉื่อยได้ แอโนดที่ทำจาก Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu ฯลฯ ใช้เป็นแอโนดที่ละลายน้ำได้

โลหะบางชนิดแทบไม่ละลายเนื่องจากมีโพลาไรซ์ขั้วบวกสูง เช่น Ni และ Fe ในสารละลายอัลคาไลน์ Pb ใน H 2 SO 4

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายด้วยอิเล็กโทรดเฉื่อยในอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในน้ำ ไฮโดรเจนมากกว่าโลหะมักจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทดแทนที่จะเป็นโลหะ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยา:

2H + + 2 ē = เอช2

ในสื่อที่เป็นกลางและเป็นด่าง ไฮโดรเจนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลของน้ำ:

2H 2 O + 2 ē = H 2 + OH -.

ไอออนบวกเช่น Na + หรือ K + จะไม่ถูกปล่อยออกมาในสารละลายที่เป็นน้ำ แต่ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมา

ไพเพอร์สามารถจัดกลุ่มได้ตามความสามารถในการปลดปล่อย ในกรณีนี้ ผลิตภัณฑ์ของอิเล็กโทรไลซิสก็เปลี่ยนไปเช่นกัน สำหรับไอออนบวกบางชนิด อาจเกิดโลหะและไฮโดรเจนพร้อมกันได้

ด้านล่างนี้เป็นไอออนบวกในลำดับของการลดความยากของการปล่อยประจุและผลิตภัณฑ์ของอิเล็กโทรไลซิส:

ไอออนบวก ผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรลิซิส

Li +, K +, Na +, Mg 2+, Al 3+, H + (แรงดันเกิน) H 2

Mn 2+, Zn 2+, Cr 3 +, Fe 2 +, H + (pH 7) M + H 2

Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Pb 2+, H + (pH 0) M + H 2

Cu 2+, Ag +, Au 3 + M

ตำแหน่งต่าง ๆ ของไฮโดรเจนในซีรีย์นี้อธิบายได้จากสาเหตุดังต่อไปนี้ ตำแหน่งของไฮโดรเจนระหว่างตะกั่วและทองแดงสอดคล้องกับค่าตัวเลขของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานที่ กับ NS n + = กับ H + = 1 โมล / ลิตรเช่น ที่ pH = 0 ตำแหน่งของไฮโดรเจนระหว่างเหล็กกับโคบอลต์สอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าของไฮโดรเจนในน้ำที่ pH = 7 (φº H2 / H + = –0.414 V) ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ โลหะทั้งหมดสามารถตกตะกอนจากสารละลาย ค่าของ φ ° ซึ่งมากกว่า -0.414 V. อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ นอกจากโคบอลต์ นิกเกิล ดีบุก และตะกั่วแล้ว ยังสามารถตกตะกอนสังกะสี โครเมียม และเหล็กจากสารละลายที่เป็นน้ำได้อีกด้วย นี่เป็นเพราะวิวัฒนาการของก๊าซไฮโดรเจนที่แคโทดถูกขัดขวางโดยแรงดันไฮโดรเจนเกิน

ดังนั้นในอนุกรมของไพเพอร์จาก Li + สูงสุด A1 3+ ไม่มีโลหะเกิดขึ้น และระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการลดลงของน้ำ ในชุดของไพเพอร์จาก Mn 2+ ถึง Pb 2+ ระหว่างอิเล็กโทรไลซิส โลหะและไฮโดรเจนจะก่อตัวขึ้นพร้อมกัน และสุดท้าย อยู่ในซีรีส์ Cu 2+ - Au 3+ มีเพียงโลหะเท่านั้นที่ก่อตัวขึ้น.

ดังนั้น ยิ่งโลหะอยู่ทางด้านซ้ายมาก (ใกล้กับจุดเริ่มต้น) มากเท่าใดก็จะยิ่งอยู่ในชุดของศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดมาตรฐาน (ชุดของแรงดันไฟฟ้า) ยิ่งยากต่อการแยกโลหะนี้ด้วยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายที่เป็นน้ำ

หากแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นทีละน้อยๆ กับสารละลายที่มีไอออนบวกหลายตัว อิเล็กโทรลิซิสจะเริ่มขึ้นเมื่อถึงศักย์การตกสะสมของไอออนบวกที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงสุด (ขั้วบวกมากที่สุด) เมื่ออิเล็กโทรไลซิสของสารละลายที่มีไอออนของสังกะสี (φ °= –0.76 V) และทองแดง (φ ° = +0.34 V) ทองแดงจะถูกปล่อยออกมาครั้งแรกที่แคโทด และหลังจากไอออน Cu 2+ เกือบทั้งหมดถูกปล่อยออกแล้ว สังกะสีจะเริ่มถูกปลดปล่อยออกมา ดังนั้น, หากสารละลายมีไอออนบวกต่าง ๆ พร้อมกัน ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสก็สามารถแยกออกตามลำดับตามค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด... ในกรณีนี้ สันนิษฐานว่าแรงดันไฟเกินของการตกตะกอนของโลหะมีค่าใกล้เคียงกัน (และไม่ใหญ่)

เกี่ยวกับ ศักยภาพการปลดปล่อยประจุลบภาพนี้ซับซ้อนกว่ามากเนื่องจากความสามารถของน้ำในการมีส่วนร่วมในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส ในกรณีทั่วไป เราสามารถพูดได้ว่าแอนไอออนที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำที่สุด (ค่าบวกน้อยที่สุด) จะถูกคายประจุที่แอโนดก่อน หากสารละลายมีไอออน Сl - (φº = 1.36 V), Br - (φ ° = 1.09 V) และ I - (φº = 0.54 V) ไอโอดีนจะก่อตัวขึ้นก่อน ตามด้วยโบรมีน และสุดท้ายคือคลอรีน ฟลูออไรด์ไอออนในสารละลายที่เป็นน้ำไม่สามารถระบายออกได้เลย (φ ° = 2.87 V).

แอนไอออนที่มีออกซิเจนส่วนใหญ่ (ยกเว้นอะซิเตตไอออน) ในสารละลายที่เป็นน้ำจะไม่ถูกปล่อยออกมา แต่น้ำจะสลายตัวในสารละลายที่เป็นกรดและเป็นกลาง:

2H 2 O - 4 ē = О 2 + 4Н +,

และในสารละลายอัลคาไลน์ - การปลดปล่อยไอออนของไฮดรอกไซด์:

2OH - - 2 ē = 1/2 O 2 + H 2 O.

ตามความสามารถในการปลดปล่อยระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำ แอนไอออนจะถูกจัดเรียงในแถวต่อไปนี้จากแอนไอออนที่ไม่คายประจุของกรดที่มีออกซิเจน เช่น SO 4 2–, NO 3 - ไปจนถึงแอนไอออนที่ปล่อยออกมาอย่างง่ายดายในสารละลายที่เป็นน้ำ:

ผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรไลซิสประจุลบ

SO 4 2–, NO 3 - เป็นต้น, OH - O 2

Сl -, Br -, I - Cl 2 (ClO -, ClO 3 -), Br 2, I 2 (+ O 2)

S 2– S, SO 2 (+ O 2)

ดังนั้นเราจึงสามารถกำหนด main . ดังต่อไปนี้ กฎสำหรับอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มีอิเล็กโทรดที่ไม่ละลายน้ำ:

1. ประจุลบของกรดอ็อกซิก (Cl -, Br -, S 2– เป็นต้น) จะถูกปล่อยออกจากประจุลบของอิเล็กโทรไลต์ก่อนอื่นที่ขั้วบวก

2. แอนไอออนของกรดที่มีออกซิเจน (SO 4 2–, NO 3 -, CO 3 2– เป็นต้น) จะไม่ถูกปล่อยออกต่อหน้าน้ำ แต่น้ำจะถูกออกซิไดซ์โดยปฏิกิริยาแทน:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H +.

3. โลหะที่ใช้งานที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าสูงถึง Al (รวม) บนแคโทดจะไม่ลดลงแทนที่จะลดน้ำ:

2H 2 O + 2 ē = H 2 + 2OH -.

4. โลหะที่อยู่ในชุดของแรงดันไฟฟ้าหลังอะลูมิเนียม แต่ก่อนไฮโดรเจน จะลดลงที่ขั้วลบพร้อมกับโมเลกุลของน้ำ:

K: 1) Zn 2+ + 2 ē = Zn

2) 2H 2 O + 2 ē = H 2 + 2OH -.

5. โลหะที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกจะลดลงที่ขั้วลบตั้งแต่แรก:

ลูกบาศ์ก 2+ + 2 ē = Cu

ตัวอย่างเช่น ระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของกรดซัลฟิวริก (อิเล็กโทรดกราไฟต์) กระบวนการต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

ที่แคโทด 2H + + 2 ē = เอช 2,

ที่ขั้วบวก 2H 2 O - 4 ē = O 2 + H +.

สมการสรุป:

2H 2 O = 2H 2 + O 2,

เหล่านั้น. ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายกรดซัลฟิวริก ไฮโดรเจนและออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการสลายตัวของโมเลกุลของน้ำ ผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรลิซิส: ไฮโดรเจนและออกซิเจน

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต:

ที่แคโทดลูกบาศ์ก 2 + + 2 ē = ลูกบาศ์ก

ที่ขั้วบวก 2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H +

สมการสรุป:

2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 4H +

2CuSO 4 + 2H 2 O = 2Cu + O 2 + 2H 2 SO 4

ผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรลิซิส: ทองแดง ออกซิเจน กรดซัลฟูริก.

ความสามารถในการปล่อยประจุลบขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมัน ดังนั้นผลิตภัณฑ์ของอิเล็กโทรลิซิสของสารละลาย NaCl เข้มข้นและเจือจางคือคลอรีนและออกซิเจนตามลำดับ

อิเล็กโทรลิซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์เจือจางเกิดขึ้นโดยไม่มีการปล่อย Cl - ไอออน (และตามนั้น Na + ไอออน) เช่น การสลายตัวของน้ำเกิดขึ้น เมื่อความเข้มข้นของเกลือที่ขั้วบวกเพิ่มขึ้น คลอรีนจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกับออกซิเจน และคลอรีนจะก่อตัวในสารละลายเข้มข้น (ด้วยส่วนผสมของออกซิเจน):

ที่แคโทด 2H 2 O + 2 ē = H 2 + 2OH -

ที่ขั้วบวก 2Сl - - 2 ē = Cl2 .

สมการสรุป:

2Cl - + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH -

2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

ผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรลิซิส: ไฮโดรเจน คลอรีน และโซเดียมไฮดรอกไซด์

ในกรณีของคลอรีนที่ปล่อยออกมาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคลอไรด์ ปฏิกิริยาของอันตรกิริยาของคลอรีนกับน้ำ (ไฮโดรไลซิส) และการเปลี่ยนแปลงที่ตามมาของสารที่ได้จะถูกซ้อนทับบนกระบวนการหลักของการก่อตัวของคลอรีน ไฮโดรไลซิสของคลอรีนดำเนินการด้วยการก่อตัวของกรดไฮโปคลอรัสอ่อนและคลอไรด์ไอออน (กรดไฮโดรคลอริก):

Cl 2 + H 2 O = H + + Cl - + HClO

กรดไฮโปคลอรัสที่มีอัลคาไลเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรลิซิส (แม่นยำกว่าคือ Na + + OH -) ให้โซเดียมไฮโปคลอไรท์ NaClO เป็นผลิตภัณฑ์ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง สมการสรุปปฏิกิริยามีรูปแบบ:

Сl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + Н 2 О

ที่อุณหภูมิสูง (น้ำเดือด) ไฮโดรไลซิสของคลอรีนจะเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของคลอเรตไอออน สมการปฏิกิริยาที่เป็นไปได้:

3Cl 2 + 3H 2 O = ClO 3 - + 5 Cl - + 6H +,

3HClO = СlO 3 - + 2Сl - + 3Н +,

3СlО - = СlO 3 - + 2Сl -.

ในตัวกลางที่เป็นด่าง สมการโดยรวมจะมีรูปแบบ

3Сl 2 + 6NaOH = NaClO 3 + 5NaCl + 3Н 2 О

อิเล็กโทรไลซิสของไดอะแฟรมในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์เจือจาง ไอออน Na + จะเคลื่อนไปที่แคโทด แต่ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมา:

2H 2 O + 2 ē = H 2 + OH -

และสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น

ไอออนของคลอรีนจะเคลื่อนที่ไปที่ขั้วบวก แต่เนื่องจากความเข้มข้นต่ำ คลอรีนจึงไม่ได้ก่อตัวเป็นส่วนใหญ่ แต่เป็นออกซิเจน:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H +

และสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น

หากทำอิเล็กโทรลิซิสในบีกเกอร์หรือภาชนะอื่นที่คล้ายคลึงกัน สารละลายอัลคาไลและกรดจะถูกผสมและอิเล็กโทรไลซิสจะลดลงจนถึงการก่อตัวของไฮโดรเจนและออกซิเจนอันเนื่องมาจากการสลายตัวของน้ำ อย่างไรก็ตาม หากช่องว่างขั้วบวกและขั้วลบถูกแยกจากกันโดยพาร์ติชั่น (ไดอะแฟรม) ที่ยอมให้ไอออนพาหะปัจจุบันผ่านไปได้ แต่ป้องกันการผสมกันของสารละลายใกล้อิเล็กโทรด สารละลายที่เป็นกรดและอัลคาไลก็จะได้มาเป็นผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรลิซิส

ในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ ไอออนของไฮดรอกไซด์เกิดขึ้นที่แคโทดโดยปฏิกิริยา:

2H 2 O + 2 ē = H 2 + 2OH -

เริ่มมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนไฟฟ้าทันทีและร่วมกับไอออน C1 ย้ายไปที่ขั้วบวกซึ่งไอออนทั้งสองจะถูกปล่อยออกและเกิดส่วนผสมของออกซิเจนและคลอรีน ดังนั้นผลผลิตคลอรีนจึงลดลง หากขั้วบวกทำจากถ่านหิน (กราไฟต์) จะถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนและคาร์บอนออกไซด์จะเกิด CO และ CO 2 ซึ่งปนเปื้อนคลอรีน นอกจากนี้คลอรีนที่เกิดขึ้นที่ขั้วบวกทำปฏิกิริยากับไฮดรอกไซด์ไอออน:

C1 2 + OH - = H + + Cl - + OCl -.

การก่อตัวของไอออนไฮโปคลอไรท์ก็เป็นกระบวนการที่ไม่พึงปรารถนาเช่นกัน (หากการได้รับสารละลายโซเดียมไฮโปคลอไรท์ไม่ใช่เป้าหมาย) ผลที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้ไดอะแฟรมแยกช่องว่างแคโทดและแอโนดและคง OH - ไอออน แต่ปล่อยให้ Cl - ไอออนผ่านไปได้ สุดท้าย ไดอะแฟรมป้องกันการแพร่กระจายของก๊าซและช่วยให้สามารถผลิตไฮโดรเจนบริสุทธิ์ได้

หากสารละลายมีประจุลบอยู่หลายตัว เป็นการยากที่จะทำนายลำดับการคายประจุของประจุที่ขั้วบวกมากกว่าไอออนบวก แต่โดยทั่วไปแล้ว กฎจะสังเกตได้ว่าประจุลบที่มีค่าศักย์ต่ำที่สุด (หรือค่าลบสูงสุดของ ศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนขั้วบวก)

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายด้วยขั้วบวกที่ละลายน้ำได้อิเล็กโทรไลซิสที่มีแอโนดที่ละลายน้ำได้จะเกิดขึ้นได้เมื่อโลหะปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าไอออน Cl -, OH - หรือโมเลกุลของน้ำ ตัวอย่างเช่น บนขั้วบวกทองแดงในสารละลายของคอปเปอร์คลอไรด์หรือซัลเฟต คลอรีนหรือออกซิเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมา แต่การเปลี่ยนแปลงของไอออน Cu 2+ เป็นสารละลายเกิดขึ้น ในเวลาเดียวกัน ไอออนเดียวกันจะถูกปล่อยที่แคโทดและทองแดงที่เป็นโลหะถูกสะสม ดังนั้นอิเล็กโทรไลซิสที่มีแอโนดที่ละลายน้ำได้จะลดลงเป็นการถ่ายโอนทองแดงจากแอโนดไปยังแคโทด

ปฏิกิริยาที่ขั้วบวกนั้นโดยส่วนใหญ่แล้วจะซับซ้อนจากกระบวนการหลายๆ ด้านและมักจะไม่พึงปรารถนา ตัวอย่างเช่น ไอออนที่เกิดขึ้นสามารถก่อตัวเป็นออกไซด์ ไฮดรอกไซด์ และฟิล์มของพวกมันได้:

M 2+ + 2OH - = MO + H 2 O.

วิวัฒนาการของออกซิเจนยังเป็นไปได้ที่ขั้วบวก:

2H 2 O - 4 ē = O 2 + 4H +,

ซึ่งสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาที่หลากหลายในระบบอิเล็กโทรไลต์

ด้วยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ โดยเฉพาะออกซิเจน ในกรณีส่วนใหญ่ ศักยภาพในการสลายตัวจะไม่สอดคล้องกับศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดเนื่องจากค่าแรงดันไฟเกินสูง ... แรงดันไฟเกินคือความแตกต่างระหว่างแรงดันไฟจริงจากการสลายตัวและ EMF ที่คำนวณตามทฤษฎีจากศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน... ลักษณะของสารที่ปล่อยออกมา (สำหรับคลอรีน โบรมีน และไอโอดีน แรงดันไฟเกินนั้นไม่มีนัยสำคัญมาก) และวัสดุของอิเล็กโทรดส่งผลกระทบอย่างมากต่อขนาดของแรงดันไฟเกิน ด้านล่างนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าเกินระหว่างวิวัฒนาการของไฮโดรเจนและออกซิเจนที่ขั้วลบและขั้วบวกต่างๆ

อิเล็กโทรดแรงดันเกิน V

ไฮโดรเจนออกซิเจน

Pt ดำคล้ำ 0.00 0.2-0.3

Pt มันวาว 0.1 0.4-0.5

เฟ 0.1-0.2 0.2-0.3

Ni 0.1-0.2 0.1-0.3

ลูกบาศ์ก 0.2 0.2-0.3

PB 0.4-0.6 0.2-0.3

แรงดันไฟเกินยังขึ้นอยู่กับรูปร่างของอิเล็กโทรด สถานะของพื้นผิว ความหนาแน่นกระแส อุณหภูมิของสารละลาย ความเข้มของการผสมสารละลาย และปัจจัยอื่นๆ

แรงดันเกินของไฮโดรเจนบนเหล็กคือ ~ 0.1 V และออกซิเจนบนวัสดุเดียวกันคือ ~ 0.3 V ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าเกินระหว่างอิเล็กโทรลิซิสบนอิเล็กโทรดเหล็กคือ 0.1 + 0.3 = 0.4 V ผลรวมของค่านี้และคำนวณตามทฤษฎีจะเป็น ค่าต่ำสุดของแรงดันการคายประจุของอิเล็กโทรไลต์ที่เกี่ยวข้อง

ทัศนคติต่อแรงดันไฟเกินนั้นไม่ชัดเจน ในอีกด้านหนึ่ง แรงดันไฟเกินจะนำไปสู่การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เนื่องจากแรงดันไฟเกิน ทำให้โลหะหลายชนิดสามารถสะสมจากสารละลายที่เป็นน้ำ ซึ่งไม่ควรฝากไว้ตามศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน เหล่านี้คือ Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , Cr. เป็นผลมาจากแรงดันไฟเกิน เช่นเดียวกับผลกระทบของความเข้มข้นของสารละลายต่อศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด ที่การชุบโครเมียมด้วยไฟฟ้าและการชุบนิกเกิลของผลิตภัณฑ์เหล็กเป็นไปได้ และแม้แต่โซเดียมก็สามารถหาได้จากสารละลายในน้ำบนอิเล็กโทรดปรอท .

ภาวะซึมเศร้าในสารละลายที่เป็นน้ำของ Cl - ion และไม่ใช่ OH - ในสารละลายที่มีอิเล็กโทรไลต์ความเข้มข้นสูงนั้นอธิบายได้ด้วยแรงดันเกินของออกซิเจน อย่างไรก็ตาม แรงดันไฟเกินนี้กลับไม่เพียงพอสำหรับการคายประจุของ F - ไอออนและการปล่อยฟลูออรีนอิสระ

ขนาดของแรงดันไฟฟ้าเกินได้รับอิทธิพลจากปัจจัยจลนศาสตร์อื่น ๆ อีกมากมาย - อัตราการถ่ายโอนอนุภาคไปยังอิเล็กโทรดและการกำจัดผลิตภัณฑ์อิเล็กโทรไลซิส อัตราของกระบวนการทำลายความชุ่มชื้นและเปลือกอื่น ๆ ของการปลดปล่อยไอออน อัตราการเชื่อมต่อของอะตอม เป็นโมเลกุลของก๊าซไดอะตอมมิก เป็นต้น

อิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลว

หากหน่วยความจำให้บริการคุณและฉัน การบรรยายครั้งสุดท้ายจบลงด้วยการอภิปรายเกี่ยวกับปรากฏการณ์เช่นอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือ อิเล็กโทรไลซิสคือการสลายตัวของสารภายใต้อิทธิพลของกระแสไฟฟ้า โดยธรรมชาติแล้ว อิเล็กโทรไลต์มีความอ่อนไหวต่ออิเล็กโทรไลซิสเป็นหลัก กล่าวคือ สารที่นำกระแสไฟฟ้าในสารละลายหรือหลอมเหลว

อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายมีข้อจำกัดสองประการ:

ขั้นแรกให้สัมผัสกับสารที่ละลายน้ำได้เท่านั้นเกลือที่ไม่ละลายน้ำ "จามว่าเรากำลังพยายามย่อยสลายโดยการกระทำของกระแสไฟฟ้า";

ประการที่สอง มีส่วนประกอบเพิ่มเติมในระบบ - ตัวทำละลาย (ในกรณีของเราคือน้ำ) ซึ่งตามที่คุณจำได้ไม่เฉื่อยเสมอไป ตัวอย่างเช่น ระหว่างอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ในน้ำ โซเดียมไอออนบวกจะไม่ลดลงที่แคโทด แต่เป็นน้ำ

ดังนั้นจึงมีเกลือที่ดื้อรั้นบางอย่างที่ไม่ต้องการถูกจุ่มลงในอิเล็กโทรลิซิสอย่างแน่นอน สารละลายน้ำ... น่าเสียดายที่เราจะต้องจัดการกับพวกมันค่อนข้างรุนแรง: ให้ความร้อน ละลายพวกเขา และปล่อยให้พวกมันสัมผัสกับกระแสไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง

อิเล็กโทรไลซิสของการหลอมเหลวไม่ซับซ้อน กฎทั่วไป: ที่ขั้วลบ ไอออนของโลหะจะลดลง ที่ขั้วบวก - ประจุลบของกรดตกค้าง ในกรณีนี้ ในกรณีของเกลือที่ปราศจากออกซิเจน จะเกิดสารอย่างง่าย - ฮาโลเจน กำมะถัน ซีลีเนียม ฯลฯ และในกรณีของเกลือที่มีออกซิเจน ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาและออกไซด์ที่สอดคล้องกันขององค์ประกอบที่เกิดขึ้น ได้รับเกลือ

การบรรยายที่ 17. อิเล็กโทรไลซิสของการหลอมเหลว วิธีการรับโลหะ การกัดกร่อนของสารเคมีและไฟฟ้าเคมี

หมายเหตุ 1: โปรดทราบว่าสารบางชนิดไม่สามารถละลายได้ บางครั้ง เมื่อสารถูกทำให้ร้อน มันจะสลายตัว (หรือระเหย) ก่อนที่มันจะละลาย ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะหลอมละลาย

หมายเหตุ 2 ให้เราอาศัยจุด "ที่ละเอียดอ่อน" อีกจุดหนึ่ง: โดยทั่วไปแล้วในการดำเนินการอิเล็กโทรไลซิสจะต้องจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับสารเช่น คุณต้องจุ่มอิเล็กโทรดลงในสารละลายหรือละลาย ดังนั้นเราจึงเพิ่มองค์ประกอบที่ไม่เกี่ยวข้องให้กับระบบ ตัวอย่างที่กล่าวถึงข้างต้นควรนำมาประกอบกับกรณีที่วัสดุอิเล็กโทรดเฉื่อย ตัวอย่างของอิเล็กโทรดดังกล่าว ได้แก่ คาร์บอนหรือกราไฟต์ เช่น ซึ่งประกอบด้วย การปรับเปลี่ยน allotropicคาร์บอน - กราไฟท์ ในความหมายที่เข้มงวดของคำ กราไฟท์ไม่ได้เฉื่อยอย่างแน่นอน: หากออกซิเจนถูกปล่อยบนแอโนดกราไฟต์ การเกิดออกซิเดชัน (และแม้กระทั่งความเหนื่อยหน่าย) ของอิเล็กโทรดจะเกิดขึ้นกับการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์

มีตัวอย่างของแอโนดที่ละลายน้ำได้ เช่น แอโนดทองแดง ในกรณีนี้ ระหว่างอิเล็กโทรไลซิส แอโนดจะเกิดออกซิไดซ์และละลาย - ดูตัวอย่าง เซลล์กัลวานิก Daniel-Jacobi จากการบรรยายครั้งสุดท้ายกับ แอโนดสังกะสีที่ละลายน้ำได้.

ตัวอย่างที่ 1 อิเล็กโทรลิซิสละลายอะลูมิเนียมออกไซด์ ... เนื่องจากอะลูมิเนียมออกไซด์เป็นสารประกอบที่ทนไฟได้มาก อิเล็กโทรไลซิสของการหลอมของอะลูมิเนียมออกไซด์ในไครโอไลต์ - โซเดียมเฮกซาฟลูออโรอะลูมิเนต Na 3 AlF 6 ... ดังนั้นจึงสามารถลดอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับอิเล็กโทรไลซิสได้

ความคิดเห็น เมื่อผสมของแข็ง 2 ก้อน มักจะสังเกตเห็นการกดจุด (ลดลง) ในจุดหลอมเหลว นั่นคือ จ. ส่วนผสมของของแข็งสองชนิดจะหลอมละลายต่ำกว่าสารแต่ละชนิดแยกกัน

Al2 O3 (ละลาย)  2Al3 + + 3O2- เป็นหนึ่งในตัวอย่างไม่กี่ตัวอย่างเมื่อประจุลบออกไซด์มีอยู่จริง

แคโทด (-): Al3 + + 3e -  Al0. แอโนด (+): 2 O2- - 4e -  O2 0.

สมการอิเล็กโทรลิซิสทั่วไป: 2Al2 O3 (ละลาย)  4 Al0 + 3 O2 0

ตัวอย่างที่ 2 เหล็ก (III) ซัลเฟตละลายอิเล็กโทรไลซิส

Fe2 (SO4) 3 (ละลาย)  2Fe3 + + 3SO4 2- แคโทด (-): Fe3 + + 3e -  Fe0

แอโนด (+): 2 SO4 2- - 4e -  2 SO3 + O2 0

สมการอิเล็กโทรลิซิสทั่วไป: Fe2 (SO4) 3 (ละลาย)  Fe0 + 2 SO3 + O2 0

ตัวอย่างที่ 3 อิเล็กโทรไลซิสของทองแดงหลอมเหลว (II) คลอไรด์

CuCl2 (ละลาย)  Cu2 + + 2 Cl- แคโทด (-): Cu2 + + 2e -  Cu0. แอโนด (+): 2 Cl- - 2e -  Cl2 0.

สมการอิเล็กโทรลิซิสทั่วไป: CuCl2 (ละลาย)  Cu0 + Cl2 0

คำนวณโดยสมการปฏิกิริยา

อิเล็กโทรไลซิสเป็นกระบวนการทางเคมีและสามารถแสดงผ่านสมการของปฏิกิริยาเคมี ดังนั้น อย่าแปลกใจถ้าคุณเจองานที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณ

งาน . ในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายคอปเปอร์ (II) คลอไรด์ ก๊าซที่มีปริมาตร 11.2 ลิตรถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง (อันไหน?) ผลิตภัณฑ์ใดและปริมาณเท่าใด (เป็นกรัม) ที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดอื่น

วิธีการแก้. ให้เราเขียนสมการอิเล็กโทรลิซิสสำหรับสารละลายคอปเปอร์ (II) คลอไรด์ CuCl2  Cu2 + + 2Cl-

แคโทด (-): Cu2 +, H2 O	Cu2 + + 2e - = Cu0.
แอโนด (+): Cl-, H2 O	2Cl- - 2e - = Cl2 0.

CuCl2  Cu + Cl2

ดังนั้นก๊าซที่ปล่อยออกมาที่ขั้วบวกจึงเป็นคลอรีน ปริมาณของมันถูกคำนวณตามอัตราส่วนของปริมาตรต่อปริมาตรของโมล เราได้ ½ โมล จากสมการของอิเล็กโทรไลซิสทองแดงที่แคโทดทำให้เกิดปริมาณเท่ากันนั่นคือ ½ โมล มวลโมลาร์ของทองแดงคือ 63.55 g / mol เช่น มวลของทองแดงประมาณ 31.8 กรัม

การกัดกร่อนของโลหะ

ทำลายทุกสิ่งรอบตัว: ดอกไม้ สัตว์ บ้านสูง เคี้ยวเหล็ก กินเหล็ก และล้างหินให้เป็นผง ฤทธานุภาพแห่งมหานคร ฤทธานุภาพของพระองค์อ่อนลง

เจ.อาร์.อาร์. โทลคีน. ฮอบบิทหรือที่นั่นและกลับมาอีกครั้ง

โลหะมีความแข็งและความแข็งแรงสูง อย่างไรก็ตาม พวกเขาก็มีศัตรูที่น่ากลัวเช่นกัน ชื่อของมันคือการกัดกร่อน การกัดกร่อนเป็นกระบวนการทำลายโลหะภายใต้อิทธิพลของปัจจัยแวดล้อม ขึ้นอยู่กับธรรมชาติ ความแตกต่างระหว่างการกัดกร่อนทางเคมีและไฟฟ้าเคมี

การกัดกร่อนของสารเคมี- การทำลายโลหะภายใต้การกระทำ สารเคมีไม่ได้มาพร้อมกับการเกิดกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างของการกัดกร่อนดังกล่าวคือการละลายของโลหะโดยการกระทำของกรด ภาพประกอบที่ดีที่สุดคือภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Alien ของสตีเวน สปีลเบิร์ก ซึ่งนักบินอวกาศได้พบกับสิ่งมีชีวิตต่างดาวที่มีเนื้อเยื่อของเหลวเป็นกรดแก่ที่สามารถทำลายผิวของยานอวกาศในอวกาศได้

การกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้า- นี่คือการทำลายของโลหะซึ่งมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในระบบ.

มาดูรายละเอียดเพิ่มเติมกันดีกว่า ตัวอย่างเช่น ให้หยิบเหล็กชิ้นหนึ่งที่โดนหยดน้ำ ดังที่คุณทราบ ออกซิเจนจะละลายในน้ำเล็กน้อย ระบบที่ได้จะจำลองเซลล์กัลวานิกแบบคลาสสิกซึ่งอิเล็กโทรด (แคโทดและแอโนด) ทำจาก

เหล็กและเชื่อมต่อด้วยตัวนำโลหะที่มีอิเล็กโทรดหนึ่งขั้วจุ่มลงในสารละลาย (หยดน้ำ)

หนึ่งในอิเล็กโทรดคือเหล็ก Fe2 + + 2e - = Fe0, ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของอิเล็กโทรดเหล็กคือ E0 Fe 2+ / Fe 0 = - 0.44 V.

อิเล็กโทรดอีกอันหนึ่งคืออิเล็กโทรดเหล็กซึ่งเกิดปฏิกิริยาลดออกซิเจน:

O2 + 2 H2 O + 4e - = 4 OH-, E0 O2 / 2OH - = + 0.401 V หรือ O2 + 4 H + + 4e - = 2 H2 O, E0 O2 / H2O = + 1.229 V

ดังที่เราเห็น ศักยภาพของอิเล็กโทรดที่สองนั้นขึ้นอยู่กับค่า pH ของสารละลายอย่างมาก อย่างไรก็ตาม แม้ในตัวกลางที่เป็นกลาง แต่ก็ค่อนข้างเพียงพอสำหรับ

เพื่อออกซิไดซ์เหล็กเช่นสภาพทั่วไปค่อนข้างเพียงพอสำหรับการทำงานของเซลล์กัลวานิก

สมการกระบวนการ:

2 Fe0 + O2 + 2 H2 O = 2 Fe (OH) 2 หรือ 2 Fe0 + O2 + 4 H + = 2 Fe3 + + 2 H2 O

ดังนั้น ในบางจุดของโลหะ เหล็กจะละลาย (แอโนดที่ละลายน้ำได้) และไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (II) จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวแคโทด ในทางกลับกัน ทำปฏิกิริยากับอากาศชื้น ส่งผลให้เกิดการเคลือบสีน้ำตาล น้ำตาล หรือส้ม ซึ่งเราเรียกกันว่าสนิม

4 Fe (OH) 2 + O2 + 2 H2 O = 4 Fe (OH) 3

ข้อสังเกต. โดยทั่วไป สนิมเป็นส่วนผสมของเหล็กออกไซด์และไฮดรอกไซด์ใน องศาที่แตกต่างออกซิเดชัน,

ส่วนใหญ่เป็น Fe3 O4 (FeO Fe2 O3), Fe2 O3, Fe (OH) 3

ดังนั้นน้ำและออกซิเจนจึงมีความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์โลก แต่สารชนิดเดียวกันนี้เป็นศัตรูตัวฉกาจของเหล็กและโลหะอื่นๆ นอกจากนี้ กระบวนการกัดกร่อนยังไวต่ออุณหภูมิมาก สิ่งแวดล้อม: ในภาคเหนือ มหาสมุทรอาร์คติกหลายสิบปีต่อมาก็พบตัวเรือของกองทัพเรือ

จมลงในศตวรรษที่ XVI-XX ในขณะที่ภายใต้แสงแดดที่ร้อนจัดในป่าฝนชื้นของอเมซอน อายุการใช้งานของยานพาหนะก็ลดลงเหลือหลายเดือน

ดังนั้นการสึกกร่อนจึงเป็นกระบวนการที่ไม่พึงปรารถนาอย่างยิ่ง และอาจสร้างความซับซ้อนและทำลายชีวิตของเราไปพร้อมกับคุณอย่างมาก เมื่อบางสิ่งคุกคามเรา เราปกป้องตนเอง

วิธีที่ง่ายที่สุดในการปกป้องคือการทาสี เพื่อให้ชั้นของสีปกป้องโลหะจากความชื้น มีตัวอย่างค่อนข้างน้อยของการเคลือบดังกล่าว: สีน้ำมัน, วาร์นิช, ตะกั่วแดง, เคลือบฟัน อย่างไรก็ตาม สีนี้ไม่สามารถทำได้เสมอไป

การป้องกัน Cathodic แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราใช้ชั้นของโลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่า เช่น ดีบุก กับพื้นผิวของเหล็ก กระบวนการนี้เรียกว่าการทำให้เป็นดีบุก ในกรณีนี้ เหล็กซึ่งไวต่อออกซิเจนในอากาศจะถูกซ่อนไว้ภายใต้ชั้นของดีบุกเฉื่อย น่าเสียดายที่การป้องกันนี้จะมีผลก็ต่อเมื่อชั้นป้องกันไม่เสียหาย หากมีความเป็นไปได้ที่จะสร้างความเสียหาย (ทางเคมีหรือทางกลไก) ออกซิเจนและความชื้นจะเข้าถึงธาตุเหล็กได้ และดีบุกจากพันธมิตรกลับกลายเป็นศัตรูพืช - คู่เหล็กกัลวานิกปรากฏขึ้นเช่น อิเล็กโทรดดีบุกชนิดใหม่จะปรากฏในระบบ ซึ่งเร่งการกัดกร่อนของเหล็ก:

ตัวอย่างของการป้องกัน cathodic คือกระป๋องเนื้อหรือผักกระป๋อง ข้อควรจำ: การป้องกันการกัดกร่อนจะมีผลตราบเท่าที่ชั้นป้องกันไม่เสียหาย นั่นคือเหตุผลที่ห้ามขายกระป๋องอาหารกระป๋องที่ผิดรูป (ยู่ยี่ เว้า บวม ฯลฯ) - ไม่มีการรับประกันว่าชั้นป้องกันจะไม่เสียหาย ดังนั้นอาหารกระป๋องอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้

ในทางกลับกัน ถ้าเนื่องจากสถานการณ์ที่ไม่อาจต้านทานได้ คุณไม่สามารถนำอาหารกระป๋องไปกับคุณจากจุดปิกนิกได้ พวกมันควรถูกเผาในกองไฟเพื่อทำลายชั้นป้องกัน เผา

กระป๋องจะยุบเร็วขึ้นเนื่องจากไม่ได้รับการปกป้องจากความชื้นและอากาศ

ในทางกลับกัน การป้องกันขั้วบวกนั้นเกี่ยวข้องกับการสัมผัสของเหล็กกับโลหะที่มีการเคลื่อนไหวมากกว่า ตัวอย่างของการป้องกันขั้วบวกคือความภาคภูมิใจของอุตสาหกรรมยานยนต์ในประเทศ - รถ IZH: "ร่างกายเป็นสังกะสี!" เหล็กกัลวาไนซ์เป็นโลหะผสมที่เติมสังกะสี เมื่อสัมผัสกับออกซิเจนและน้ำ กระแสหลักจะถูกพัดพามากกว่า โลหะที่ใช้งาน- สังกะสีในขณะที่เหล็กยังคงเฉื่อย ดังนั้นการกัดกร่อนจะเริ่มขึ้นก็ต่อเมื่อการป้องกันสำรองหมดลงเท่านั้น เหล็กกัลวาไนซ์ใช้สำหรับการผลิตถัง ตัวถังรถ หลังคา

ณ จุดนี้ถ้าไม่มีคำถามเราก็บอกลาคอร์สได้เลย เคมีทั่วไปและเปิดบทใหม่ วิทยาศาสตร์เคมีและ หลักสูตรโรงเรียนเคมีที่เรียกว่า ไม่ เคมีอินทรีย์ .

เคมีอนินทรีย์. โลหะ

ในหลักสูตรเคมีอนินทรีย์ หน้าที่ของเราคือทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ สารประกอบ และวิธีการเตรียม

เนื่องจากตารางธาตุส่วนใหญ่เป็นโลหะ เรามาเริ่มกันที่

1. ตำแหน่งใน ตารางธาตุ... ดังที่คุณทราบ โลหะประกอบด้วยองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักด้านล่างแนวทแยงโบราสแตท เช่นเดียวกับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรอง(d-องค์ประกอบ), แลนทาไนด์และแอกทิไนด์(องค์ประกอบ f). คุณสมบัติทั่วไปของโลหะก็คือการมีอิเล็กตรอนจำนวนน้อยในพลังงานภายนอก

ระดับ. ดังนั้นโลหะจึงมีแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนเหล่านี้

ใน ปฏิกริยาเคมี, เช่น. โดยนิยามว่าเป็นรีดักแตนท์

2. คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะคุณยังเป็นที่รู้จักไม่มากก็น้อย

โลหะมีความแข็งสีเทาค่อนข้างแรง โดยมีข้อยกเว้นบางประการคือ บางครั้งมีความมันวาว จุดหลอมเหลวแตกต่างกันไปในช่วงที่กว้างมากตั้งแต่ -39o C (ปรอท) ถึง> + 3000o C (ทังสเตน) ในบรรดาโลหะนั้นมีชนิดอ่อน (ลิเธียม โซเดียม ทอง) ที่สามารถตัดด้วยกรรไกรหรือมีดและแข็งมาก (ไนโอเบียม) ,แทนทาลัม,ทังสเตน ). คุณสมบัติทั่วไปโลหะเกิดจากโครงสร้างซึ่งขึ้นอยู่กับโลหะ คริสตัลเซลล์ซึ่งเกิดจากชั้นของอะตอมของโลหะและไอออนบวก ซึ่งระหว่างนั้นจะมีอิเล็กตรอนที่ค่อนข้างอิสระ (ก๊าซอิเล็กตรอน) เนื่องจากโครงสร้างนี้ โลหะจึงมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สำหรับโลหะหลายชนิด ความอ่อนตัวนั้นเป็นลักษณะเฉพาะ - ความสามารถในการได้รูปร่างที่แน่นอนในระหว่างการเปลี่ยนรูปทางกลโดยไม่ทำลาย

3. วิธีการรับโลหะ

3.1. วิธีทั่วไปและค่อนข้างง่ายในการรับโลหะบริสุทธิ์คืออิเล็กโทรไลซิสของสารละลายในน้ำของเกลือ วิธีนี้ไม่เหมาะสำหรับการผลิตโลหะออกฤทธิ์ และจำกัดเฉพาะการผลิตโลหะที่มีกิจกรรมปานกลางและโลหะที่มีกิจกรรมต่ำ

ดูการบรรยายครั้งที่ 16 สำหรับตัวอย่าง

3.2. อิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวและออกไซด์ วิธีนี้ค่อนข้างหลากหลาย แต่ต้องใช้พลังงานและเชื้อเพลิงเป็นจำนวนมาก ดังนั้นจึงใช้ได้กับโลหะบางชนิดโดยเฉพาะ เช่น อะลูมิเนียมด้วยกระแสไฟฟ้าของอะลูมิเนียมออกไซด์ที่หลอมเหลวในไครโอไลต์ ในทางตรงกันข้าม การรับโลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำในลักษณะนี้ไม่สมเหตุสมผล เนื่องจากสามารถหาได้ง่ายมากโดยวิธีที่ 3.1 อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือ

ตัวอย่าง: ดูด้านบน การบรรยาย 17

3.3. เนื่องจากการจัดเรียงที่แตกต่างกันของโลหะใน ซีรีย์ไฟฟ้าเคมีความเค้นของโลหะ โลหะที่มีฤทธิ์น้อยกว่าสามารถแยกได้จากสารละลายเกลือโดยการกระทำของโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น

ใน เนื่องจากโลหะที่มีฤทธิ์มากขึ้น จึงใช้โลหะที่มีกิจกรรมปานกลาง (สังกะสี เหล็ก) แต่ไม่ใช่โลหะที่มีปฏิกิริยามากที่สุด (โซเดียม โพแทสเซียม) เนื่องจากโลหะหลังมีปฏิกิริยามากเกินไปและทำปฏิกิริยากับน้ำเป็นหลัก ไม่ใช่กับเกลือของโลหะ

ทองแดงบริสุทธิ์ค่อนข้างได้มาจากการกระทำของฝุ่นสังกะสีในสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต - ในกรณีนี้จะเกิดตะกอนที่เป็นรูพรุนของทองแดงที่เป็นโลหะสีแดงซึ่งถูกทำให้บริสุทธิ์จากสังกะสีที่ไม่ทำปฏิกิริยาโดยการบำบัดด้วยกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu (Cu, Zn)  + 2 HCl = ZnCl2 + H2 + Cu

3.4. การลดลงของโลหะจากออกไซด์เป็นเรื่องปกติมาก ปฏิกิริยาที่มีชื่อเสียงที่สุดคือ aluminothermy เมื่อโลหะออกไซด์ถูกกระทำกับอลูมิเนียมที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น ส่วนผสมของอะลูมิเนียมกับเหล็ก (III) ออกไซด์เรียกว่า "ปลวก" การจุดไฟของส่วนผสมนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยา ซึ่งจากนั้นจะเกิดขึ้นเองโดยอิสระและมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนมาก ซึ่งพบการใช้งานในวัตถุระเบิดและวิทยาศาสตร์การทหาร เช่น สำหรับการเผาไหม้เกราะ

Fe2 O3 + 2 Al = Al2 O3 + 2 Fe (ต้องการ ความร้อนแรง)

3.5. การถลุงเหล็กเป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่สำคัญ สำหรับสิ่งนี้ แร่เหล็กซึ่งมักจะประกอบด้วยเหล็ก (III) ออกไซด์เป็นส่วนใหญ่ สัมผัสกับการกระทำของถ่านหิน (คาร์บอน) ที่อุณหภูมิสูง

Fe2 O3 + 3 C = 2 Fe + 3 CO (อุณหภูมิสูง) CuO + C = Cu + CO (อุณหภูมิสูง)

ตามภาพที่แสดง วิธีนี้(ชิ้นส่วนของแร่ เช่น CuO หรือ CuS ถูกโยนเข้าไปในกองไฟ และหลังจากเย็นลงแล้ว ก็มีการรวบรวมแท่งโลหะ) ถูกค้นพบโดยชาวเปอร์เซียในสหัสวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาล ซึ่งใช้หลอมทองแดง เพื่อที่จะเชี่ยวชาญการถลุงเหล็กนั้น มันต้องใช้เวลาอีกพันปี เนื่องจากการถลุงเหล็กต้องใช้อุปกรณ์ขั้นสูงมากขึ้น: เครื่องสูบลมถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อสูบลม (ออกซิเจน) เข้าสู่บริเวณที่เกิดปฏิกิริยาและคงไว้ซึ่งมากกว่า อุณหภูมิสูงจำเป็นต้องฟื้นฟูธาตุเหล็ก ปัจจุบันหลอมเหล็กหมูในเตาหลอมขนาดใหญ่

คาร์บอนมอนอกไซด์ (II) เป็นตัวรีดิวซ์เช่นกัน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ยอมรับกันว่าตัวรีดิวซ์หลักคือคาร์บอน แต่มีมากกว่านั้น Fe2 O3 + CO = Fe + CO2 (อุณหภูมิสูง)

CuO + CO = Cu + CO2 (อุณหภูมิสูง)

วิธีนี้ไม่เหมาะสำหรับการแยกโลหะออกฤทธิ์ออกจากออกไซด์เนื่องจากวิธีหลังสามารถทำปฏิกิริยากับคาร์บอนเพื่อสร้างคาร์ไบด์ได้:

2 Al2 O3 + 9 C = 6 CO + = 6 CO + Al4 C3 - อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ CaO + 3 C = CO + = CO + CaC2 - แคลเซียมคาร์ไบด์

MgO + C = CO + = CO + MgC2 + Mg4 C3 - แมกนีเซียมคาร์ไบด์

3.6. เป็นไปได้ที่จะคืนสภาพโลหะจากออกไซด์โดยการให้ความร้อนในกระแสไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีการใช้งานที่จำกัด เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ก๊าซไฮโดรเจน (เมื่อสัมผัสกับก๊าซ

ส่วนผสมที่ระเบิดได้เกิดขึ้นจากออกซิเจน - อันตรายจากการระเบิด!) การให้ความร้อน วิธีการนี้เหมาะสำหรับโลหะบางชนิดที่มีกิจกรรมปานกลางและโลหะที่มีปฏิกิริยาต่ำ

ตัวเลือกที่ 1

1. เขียนสมการปฏิกิริยา ก) ได้สังกะสีจากซิงค์ออกไซด์โดยการรีดิวซ์ด้วยถ่านหิน b) รับโคบอลต์จากโคบอลต์ (II) ออกไซด์โดยการลดไฮโดรเจน c) การได้รับไทเทเนียมจากไทเทเนียม (IV) คลอไรด์แมกนีเซียมโดยวิธีทางความร้อน แยกส่วนประกอบปฏิกิริยาเป็นรีดอกซ์: ระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมและจัดเรียงสัมประสิทธิ์โดยกำหนดโดยวิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

2. สร้างไดอะแกรมและสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส: ก) โพแทสเซียมคลอไรด์ละลาย; b) สารละลายสังกะสีโบรไมด์ c) สารละลายของเหล็กซัลเฟต (II)

3. สาระสำคัญของการกัดกร่อนของโลหะคืออะไร? คุณรู้จักการกัดกร่อนประเภทใด?
การกัดกร่อนคือการทำลายโดยธรรมชาติของโลหะและโลหะผสมอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี ไฟฟ้าเคมี หรือเคมีกายภาพกับสิ่งแวดล้อม

4. มีหมุดทองแดงบนฝาเหล็ก อันไหนยุบก่อน - ฝาหรือหมุดย้ำ? ทำไม?
ฝาครอบเหล็ก เนื่องจากมีเหล็ก และเหล็กเป็นโลหะที่มีปฏิกิริยามากกว่าทองแดง และจะสึกกร่อนได้เร็วกว่า นอกจากนี้ เหล็กและทองแดงยังก่อตัวเป็นคู่กัลวานิก โดยที่เหล็กเป็นขั้วบวก และถูกทำลายแทนที่จะเป็นทองแดง - แคโทด ยังคงไม่บุบสลาย

ตัวเลือก 2

1. เขียนสมการปฏิกิริยา: ก) ได้เหล็กจากเหล็กออกไซด์ (III) โดยวิธีความร้อนจากอะลูมิเนียม b) รับทองแดงจากทองแดง (II) ออกไซด์โดยการลดถ่านหิน c) ได้ทังสเตนจากออกไซด์ที่สูงขึ้นโดยการลดไฮโดรเจน แยกส่วนประกอบปฏิกิริยาเป็นรีดอกซ์: ระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมและจัดเรียงค่าสัมประสิทธิ์โดยกำหนดโดยวิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

2. สร้างไดอะแกรมและสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส: ก) สารละลายของทองแดง (II) โบรไมด์; b) สารละลายโซเดียมไอโอไดด์ c) สารละลายของตะกั่ว (II) ไนเตรต

3. ปัจจัยใดบ้างที่นำไปสู่การกัดกร่อนของโลหะที่เพิ่มขึ้น?

4. ทำไมถังเหล็กกระป๋อง (กระป๋อง) ที่บริเวณชั้นป้องกันที่เสียหายจึงยุบอย่างรวดเร็ว?
นอกจากนี้ เหล็กและดีบุกยังก่อตัวเป็นเซลล์กัลวานิก โดยที่เหล็กเป็นแอโนด และถูกทำลายมากกว่า และดีบุกเป็นแคโทดยังคงไม่บุบสลาย

ตัวเลือก 3

1. เขียนสมการปฏิกิริยา: ก) ได้ทองแดงจากคอปเปอร์ (II) ออกไซด์โดยการลดไฮโดรเจน b) รับเหล็กจากเหล็กออกไซด์ (III) โดยลดลงด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ (II); c) ได้วาเนเดียมจากวาเนเดียม (V) ออกไซด์โดยวิธีทางความร้อน แยกส่วนประกอบปฏิกิริยาเป็นรีดอกซ์: ระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมและจัดเรียงสัมประสิทธิ์โดยกำหนดโดยวิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

2. สร้างไดอะแกรมและสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส: ก) แคลเซียมคลอไรด์ละลาย; b) สารละลายโพแทสเซียมโบรไมด์ c) สารละลายสังกะสีซัลเฟต

3. ปัจจัยอะไรที่ทำให้การกัดกร่อนของโลหะช้าลง?
-การทำให้เป็นกลางหรือ deoxygenation ของสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน เช่นเดียวกับการใช้สารยับยั้งการกัดกร่อนชนิดต่างๆ
- ขจัดสิ่งสกปรกจากโลหะหรือโลหะผสมที่เร่งกระบวนการกัดกร่อน (การกำจัดเหล็กจากแมกนีเซียมหรือโลหะผสมอลูมิเนียม กำมะถันจากโลหะผสมเหล็ก)
- การแยกส่วนสัมผัสโลหะที่ไม่เอื้ออำนวยหรือการแยกออกจากกัน การกำจัดรอยแตกและช่องว่างในโครงสร้าง การกำจัดโซนความชื้นที่ซบเซา

4. โลหะใดจะถูกทำลายเร็วกว่าโดยการสัมผัสซึ่งกันและกันต่อหน้าอิเล็กโทรไลต์: ก) ทองแดงและสังกะสี b) อลูมิเนียมและเหล็ก? ทำไม?
โลหะที่แอคทีฟมากขึ้นจากคู่นี้จะถูกทำลายเร็วขึ้น
ก) สังกะสีเป็นโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าทองแดง
b) อลูมิเนียมเป็นโลหะที่แอคทีฟมากกว่าเหล็ก

ตัวเลือก 4

1. เขียนสมการปฏิกิริยา: ก) รับโมลิบดีนัมจากออกไซด์ที่สูงขึ้นโดยการลดไฮโดรเจน b) รับโครเมียมจากโครเมียม (III) ออกไซด์โดยวิธีอลูมิโนเทอร์มอล c) รับนิกเกิลจากนิกเกิล (II) ออกไซด์โดยการลดปริมาณถ่านหิน แยกส่วนประกอบปฏิกิริยาเป็นรีดอกซ์: ระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมและจัดเรียงสัมประสิทธิ์โดยกำหนดโดยวิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

2. สร้างไดอะแกรมและสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิส: ก) สารละลายทองแดง (II) คลอไรด์; b) สารละลายโซเดียมไอโอไดด์ c) สารละลายของนิกเกิล (II) ไนเตรต

3. ระบุวิธีการต่อสู้กับการกัดกร่อนของโลหะ

4. ทำไมสังกะสีถึงสลายตัวบนถังสังกะสีแทนรอยขีดข่วน แต่เหล็กไม่เป็นสนิม?
สังกะสีเป็นโลหะที่มีฤทธิ์มากกว่าเหล็ก นอกจากนี้ ธาตุเหล็กกับสังกะสีจะก่อตัวเป็นเซลล์กัลวานิก โดยที่สังกะสีเป็นขั้วบวก และถูกทำลายมากกว่า และเหล็ก - แคโทดยังคงไม่บุบสลาย

เนื่องจากลักษณะของก๊าซบางชนิดทำให้เกิดอาการไอแสบร้อนในทันที บทความนี้เป็นการระบุก๊าซนี้ บทความนี้เต็มไปด้วยสูตร จำนวนของสูตรนั้นเกิดจากความไม่ธรรมดาของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสเองและการเกิดสนิมเอง นักเคมีและนักเคมีช่วยทำให้บทความสอดคล้องกับความเป็นจริงอย่างเต็มที่ เป็นหน้าที่ของคุณที่จะต้องดูแลพี่น้องที่ "น้อย" กรณีเกิดอันตรายจากสารเคมี

ให้มีเหล็กเฟ 0:
- หากไม่มีน้ำบนโลก ออกซิเจนก็จะไหลเข้ามา - และสร้างออกไซด์: 2Fe + O 2 = 2FeO (สีดำ) ออกไซด์ถูกออกซิไดซ์เพิ่มเติม: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (สีน้ำตาลแดง) ไม่มี FeO 2 นี่คือสิ่งประดิษฐ์ของเด็กนักเรียน แต่ Fe 3 O 4 (สีดำ) ค่อนข้างจริง แต่เป็นของปลอม: การจัดหาไอน้ำร้อนยวดยิ่งเพื่อรีดหรือลด Fe 2 O 3 ด้วยไฮโดรเจนที่อุณหภูมิประมาณ 600 องศา
- แต่มีน้ำบนโลก - เป็นผลให้ทั้งเหล็กและเหล็กออกไซด์มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็นฐาน Fe (OH) 2 (สีขาว ?! 2Fe (OH) 2, 2FeO + H 2 O = 2Fe (OH) 2;
- ที่แย่กว่านั้น: มีไฟฟ้าอยู่บนโลก - สารที่มีชื่อทั้งหมดมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนเป็นฐาน Fe (OH) 3 (สีน้ำตาล) เนื่องจากการมีอยู่ของความชื้นและความต่างศักย์ (คู่กัลวานิก) 8Fe (OH) 2 + 4H 2 O + 2O 2 = 8Fe (OH) 3, Fe 2 O 3 + 3H 2 O = 2Fe (OH) 3 (ช้า) นั่นคือถ้าเหล็กถูกเก็บไว้ในอพาร์ทเมนต์ที่แห้งมันจะเกิดสนิมอย่างช้าๆ แต่ยังคงอยู่ เพิ่มความชื้นหรือเปียก - มันจะแย่ลงและติดมันกับพื้น - มันจะไม่ดีมาก

การเตรียมสารละลายสำหรับอิเล็กโทรไลซิสก็เป็นกระบวนการที่น่าสนใจเช่นกัน:
- ขั้นแรกให้ทำการวิเคราะห์สารที่มีอยู่สำหรับการเตรียมสารละลาย ทำไมต้องโซดาแอชและน้ำ? โซดาแอช Na 2 CO 3 ประกอบด้วยโลหะ Na ซึ่งอยู่ทางด้านซ้ายมากของไฮโดรเจนในศักย์ไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง ซึ่งหมายความว่าระหว่างอิเล็กโทรลิซิส โลหะจะไม่ลดลงที่แคโทด (ในสารละลาย แต่ไม่ใช่ในการหลอมเหลว ) และน้ำจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน (ในสารละลาย) ปฏิกิริยาของสารละลายมีเพียง 3 แบบเท่านั้น: โลหะทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนส่วนใหญ่จะไม่ลดลง ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจนจะลดลงเล็กน้อยเมื่อปล่อย H 2 และ O 2 ทางด้านขวาของไฮโดรเจน - พวกมันจะลดลงที่ แคโทด นี่คือกระบวนการชุบทองแดงของพื้นผิวของชิ้นส่วนในสารละลาย CuSo 4, การชุบสังกะสีใน ZnCl 2, การชุบนิกเกิลใน NiSO 4 + NiCl 2 เป็นต้น
- การเจือจางโซดาแอชในน้ำอยู่ในความสงบไม่เร่งรีบและไม่หายใจ อย่าฉีกบรรจุภัณฑ์ด้วยมือของคุณ แต่ให้ตัดด้วยกรรไกร แล้วใส่กรรไกรลงไปในน้ำ โซดาทั้งสี่ประเภท (เบกกิ้งโซดา, โซดาแอช, ซักผ้า, โซดาไฟ) หยิบความชื้นจากอากาศ อายุการเก็บรักษาจะขึ้นอยู่กับเวลาที่สะสมความชื้นและจับตัวเป็นก้อน กล่าวคือในขวดแก้วมีอายุการเก็บรักษาชั่วนิรันดร์ นอกจากนี้ โซดาใดๆ จะสร้างสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เมื่อผสมกับน้ำและอิเล็กโทรลิซิส ซึ่งแตกต่างกันเฉพาะในความเข้มข้นของ NaOH เท่านั้น
- โซดาแอชผสมกับน้ำสารละลายจะกลายเป็นสีน้ำเงิน ดูเหมือนว่ามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น - แต่ไม่ใช่: ในกรณีของเกลือแกงและน้ำ สารละลายไม่มีปฏิกิริยาทางเคมี แต่มีปฏิกิริยาทางกายภาพเท่านั้น: การละลายของของแข็งในตัวทำละลายของเหลว (น้ำ ). คุณสามารถดื่มสารละลายนี้และได้รับพิษเล็กน้อยถึงปานกลาง - ไม่มีอะไรเป็นอันตรายถึงชีวิต หรือระเหยและรับโซดาแอชกลับ

การเลือกขั้วบวกและขั้วลบเป็นการดำเนินการทั้งหมด:
- ขอแนะนำให้เลือกขั้วบวกด้วยวัสดุเฉื่อยที่เป็นของแข็ง (เพื่อไม่ให้ยุบรวมถึงจากออกซิเจนและไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี) - นั่นคือเหตุผลที่สแตนเลสทำหน้าที่เหมือนมัน (ฉันอ่านนอกรีตบนอินเทอร์เน็ต ฉันเกือบโดนวางยาพิษ);
- เป็นเหล็กบริสุทธิ์ที่เป็นแคโทด มิฉะนั้น สนิมจะทำหน้าที่เป็นความต้านทานสูงเกินไปของวงจรไฟฟ้า ในการวางเตารีดที่จะทำความสะอาดอย่างสมบูรณ์ในสารละลาย คุณต้องบัดกรีหรือขันสกรูกับเตารีดตัวอื่น มิฉะนั้น โลหะของที่ยึดเหล็กจะเข้าร่วมในสารละลายในฐานะวัสดุเฉื่อยและเป็นส่วนหนึ่งของห่วงโซ่ที่มีความต้านทานน้อยที่สุด (การเชื่อมต่อแบบขนานของโลหะ)
- ยังไม่ได้ระบุ แต่ควรอาศัยกระแสไหลและอัตราการอิเล็กโทรลิซิสบนพื้นที่ผิวของแอโนดและแคโทด กล่าวคือ สลักเกลียวสแตนเลส M5x30 หนึ่งอันอาจไม่เพียงพอที่จะขจัดสนิมออกจากประตูรถได้อย่างรวดเร็ว (เพื่อให้ทราบถึงศักยภาพของอิเล็กโทรลิซิสอย่างเต็มที่)

ให้เรายกตัวอย่างแอโนดเฉื่อยและแคโทด: พิจารณาอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายสีน้ำเงินเท่านั้น ทันทีที่ใช้แรงดันไฟฟ้า สารละลายจะเริ่มเปลี่ยนเป็นสารละลายสุดท้าย: Na 2 CO 3 + 4H 2 O = 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2 NaOH - โซเดียมไฮดรอกไซด์ - ด่างบ้า โซดาไฟ Freddy Krueger ในฝันร้าย: การสัมผัสสารแห้งนี้เพียงเล็กน้อยกับพื้นผิวที่เปียก (ผิวหนัง ปอด ดวงตา ฯลฯ) ทำให้เกิดความเจ็บปวดอย่างรุนแรงและไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างรวดเร็ว (แต่สามารถฟื้นตัวได้ในระดับเล็กน้อย ของการเผาไหม้ ) ความเสียหาย โชคดีที่โซเดียมไฮดรอกไซด์ละลายในกรดคาร์บอนิก H 2 CO 3 และน้ำ เมื่อน้ำระเหยด้วยไฮโดรเจนที่ขั้วลบและออกซิเจนที่ขั้วบวกในที่สุด ความเข้มข้นสูงสุดของ NaOH ในกรดคาร์บอนิกจะเกิดขึ้น เป็นไปไม่ได้อย่างเด็ดขาดที่จะดื่มหรือดมกลิ่นของสารละลายนี้ คุณไม่สามารถสะกิดนิ้วได้ (ยิ่งอิเล็กโทรไลซิสนานเท่าไหร่ก็ยิ่งไหม้มากขึ้น) คุณสามารถทำความสะอาดท่อได้ในขณะที่เข้าใจกิจกรรมทางเคมีสูง: หากท่อเป็นพลาสติกคุณสามารถถือไว้ได้ 2 ชั่วโมง แต่ถ้าเป็นโลหะ (ต่อสายดิน) จะเริ่มกินท่อ: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = นา 2 + H 2 , Fe + H 2 CO 3 = FeCO 3 + H 2

นี่เป็นครั้งแรกของ เหตุผลที่เป็นไปได้หายใจไม่ออก "ก๊าซ" กระบวนการทางเคมีกายภาพ: ความอิ่มตัวของอากาศด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้นในกรดคาร์บอนิก (ฟองอากาศเดือดของออกซิเจนและไฮโดรเจนเป็นตัวพา) ในหนังสือของศตวรรษที่ 19 กรดคาร์บอนิกไปเป็นสารพิษ (ในปริมาณมาก) นั่นคือเหตุผลที่ผู้ขับขี่ที่ติดตั้งแบตเตอรี่ในรถยนต์ได้รับความเสียหายจากกรดซัลฟิวริก (อันที่จริงเป็นอิเล็กโทรไลซิสเดียวกัน): ในกระบวนการของกระแสไฟเกินไปยังแบตเตอรี่ที่คายประจุออกมาอย่างหนัก (รถไม่มีข้อ จำกัด ด้านกระแสไฟ) อิเล็กโทรไลต์จะเดือดสั้น ๆ กำมะถัน กรดออกมาพร้อมกับออกซิเจนและไฮโดรเจนเข้าไปในร้านเสริมสวย หากห้องถูกปิดผนึกอย่างสมบูรณ์เนื่องจากส่วนผสมของออกซิเจนและไฮโดรเจน (ก๊าซที่ทำให้เกิดการระเบิด) คุณจะได้รับช่องว่างที่ดีเมื่อทำลายห้อง วิดีโอแสดงให้เห็น กว้างในขนาดเล็ก: น้ำภายใต้อิทธิพลของทองแดงหลอมเหลวจะสลายตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนและโลหะมีอุณหภูมิมากกว่า 1100 องศา (ฉันสามารถจินตนาการได้ว่าห้องหนึ่งเต็มไปด้วยการเผาไหม้ได้อย่างไร) ... ในอาการของการหายใจเข้าของ NaOH: ฉุนเฉียว, แสบร้อน , เจ็บคอ, ไอ, หายใจถี่, หายใจถี่ ; อาการอาจจะล่าช้า รู้สึกดีพอ
... ในเวลาเดียวกัน Vladimir Vernadsky เขียนว่าชีวิตบนโลกเป็นไปไม่ได้หากไม่มีกรดคาร์บอนิกละลายในน้ำ

เราเปลี่ยนแคโทดด้วยเหล็กขึ้นสนิม ปฏิกิริยาเคมีที่ตลกขบขันทั้งชุดเริ่มต้นขึ้น (และนี่คือ Borscht!):
- สนิม Fe (OH) 3 และ Fe (OH) 2 เป็นเบส เริ่มทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอนิก (ปล่อยที่แคโทด) ได้สารไซด์ไรต์ (น้ำตาลแดง): 2Fe (OH) 3 + 3H 2 CO 3 = 6H 2 O + Fe 2 (CO3) 3, Fe (OH) 2 + H 2 CO 3 = FeCO 3 + 2 (H 2 O) เหล็กออกไซด์ไม่ทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอนิกเพราะ ไม่มีความร้อนแรงและกรดอ่อน นอกจากนี้ อิเล็กโทรลิซิสไม่ได้ลดธาตุเหล็กที่แคโทดเพราะ ฐานเหล่านี้ไม่ใช่สารละลาย และขั้วบวกไม่ใช่เหล็ก
- โซดาไฟเป็นเบสไม่ทำปฏิกิริยากับเบส เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับ Fe (OH) 2 (แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์): NaOH> 50% + การเดือดในบรรยากาศไนโตรเจน (Fe (OH) 2 + 2NaOH = Na2) เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับ Fe (OH) 3 (แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์): ฟิวชั่น (Fe (OH) 3 + NaOH = NaFeO 2 + 2H 2 O) เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับ FeO: 400-500 องศา (FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Na 4 FeO 3) หรืออาจมีปฏิกิริยากับ FeO? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - แต่ที่อุณหภูมิ 400-500 องศาเท่านั้น โอเค โซเดียมไฮดรอกไซด์อาจเอาเหล็กบางส่วนออก แล้วสนิมก็หลุดออกมา? แต่ที่นี่ก็เช่นกัน คนเกียจคร้าน: Fe + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 - แต่เมื่อเดือดในบรรยากาศไนโตรเจน เหตุใดโซดาไฟที่ไม่มีอิเล็กโทรไลซิสจึงขจัดสนิมได้ แต่มันไม่ได้ลบออก แต่อย่างใด (ฉันเพิ่งเทสารละลายโซดาไฟที่โปร่งใสจาก "Auchan") มันขจัดไขมันและในกรณีของฉันด้วย Matiz ชิ้นหนึ่ง มันละลายสีและสีรองพื้น (สีรองพื้นทนต่อ NaOH ในลักษณะประสิทธิภาพ) ซึ่งเผยให้เห็นพื้นผิวเหล็กที่สะอาดสนิมก็หายไป สรุป: ต้องใช้โซดาแอชเพื่อให้ได้กรดโดยอิเล็กโทรลิซิสเท่านั้น ซึ่งจะทำความสะอาดโลหะ ขจัดสนิมในอัตราเร่ง โซเดียมไฮดรอกไซด์ดูเหมือนจะเลิกใช้แล้ว (แต่จะทำปฏิกิริยากับเศษเล็กเศษน้อยในแคโทดเพื่อทำความสะอาด)

เกี่ยวกับสารของบริษัทอื่นหลังจากอิเล็กโทรไลซิส:
- สารละลายเปลี่ยนสีกลายเป็น "สกปรก": ด้วยปฏิกิริยาฐาน Fe (OH) 3, Fe (OH) 2;
- สีดำบานที่ต่อม ความคิดแรก: เหล็กคาร์ไบด์ Fe 3 C (ไตรไอรอนคาร์ไบด์, ซีเมนต์) ไม่ละลายในกรดและออกซิเจน แต่เงื่อนไขไม่เหมือนกัน: เพื่อให้ได้มาคุณต้องใช้อุณหภูมิ 2,000 องศา และในปฏิกิริยาเคมีจะไม่มีคาร์บอนอิสระเกาะติดกับเหล็ก ความคิดที่สอง: หนึ่งในธาตุเหล็กไฮไดรด์ (ความอิ่มตัวของธาตุเหล็กกับไฮโดรเจน) - แต่ก็ไม่เป็นความจริงเช่นกัน: เงื่อนไขในการได้มานั้นไม่เหมือนกัน แล้วมันก็มา: เหล็กออกไซด์ FeO, ออกไซด์พื้นฐานไม่ทำปฏิกิริยากับกรดหรือโซดาไฟ และเฟ 2 O 3 และแอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์จะอยู่ในชั้นเหนือออกไซด์พื้นฐาน ปกป้องโลหะจากการแทรกซึมของออกซิเจนต่อไป (ไม่ละลายในน้ำ ป้องกันไม่ให้น้ำและอากาศเข้าถึง FeO) คุณสามารถใส่ชิ้นส่วนที่ทำความสะอาดในกรดซิตริก: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 = 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการปล่อยคาร์บอนมอนอกไซด์และความจริงที่ว่ากรดและโลหะกินเข้าไป ติดต่อ) - และ FeO จะถูกลบออกด้วยแปรงธรรมดา และถ้าออกไซด์ที่สูงขึ้นถูกทำให้ร้อนในคาร์บอนมอนอกไซด์และในขณะเดียวกันก็ไม่เกิดการเผาไหม้ก็จะลดธาตุเหล็กลง: Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2;
- เกล็ดสีขาวในสารละลาย: เกลือบางชนิดไม่ละลายระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ทั้งในน้ำและในกรด
- สารอื่น ๆ : เหล็กเริ่มแรก "สกปรก" น้ำไม่ได้กลั่นในขั้นต้น การละลายของแอโนด

สาเหตุที่สองของสาเหตุที่เป็นไปได้ของ "ก๊าซ" ที่ทำให้หายใจไม่ออกคือกระบวนการทางเคมีกายภาพ: เหล็กตามกฎแล้วไม่สะอาด - ด้วยการชุบสังกะสีไพรเมอร์และสารบุคคลที่สามอื่น ๆ และน้ำ - ด้วยแร่ธาตุซัลเฟต ฯลฯ ปฏิกิริยาระหว่างอิเล็กโทรไลซิสนั้นคาดเดาไม่ได้ ทุกสิ่งสามารถถูกปล่อยสู่อากาศได้ อย่างไรก็ตาม ชิ้นงานของฉันมีขนาดเล็กมาก (0.5x100x5) และน้ำประปา (มีแร่ธาตุเล็กน้อย) - เหตุผลนี้ไม่น่าเป็นไปได้ อีกทั้งความคิดที่จะมี สิ่งแปลกปลอมในโซดาแอชเอง: ระบุไว้บนบรรจุภัณฑ์เท่านั้น

สาเหตุที่เป็นไปได้ที่สามของก๊าซขาดอากาศคือกระบวนการทางเคมี หากแคโทดลดลง แอโนดจะต้องถูกทำลายโดยออกซิเดชัน หากไม่เฉื่อย สแตนเลสมีโครเมียมประมาณ 18% และโครเมียมนี้เมื่อถูกทำลายจะเข้าสู่อากาศในรูปของโครเมียมเฮกซะวาเลนท์หรือออกไซด์ของมัน (CrO 3, โครเมียมแอนไฮไดรด์, สีแดง - ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่ามัน) พิษรุนแรงและสารก่อมะเร็งที่มีการเร่งปฏิกิริยาของมะเร็งปอดล่าช้า ปริมาณที่ร้ายแรงคือ 0.08 g / kg จุดไฟน้ำมันเบนซินเมื่อ อุณหภูมิห้อง... เป็นเลิศเมื่อเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิม สิ่งที่น่าสยดสยองคือเขามีอาการเดียวกับโซเดียมไฮดรอกไซด์หากสูดดม และโซเดียมไฮดรอกไซด์ก็ดูเหมือนสัตว์ที่ไม่เป็นอันตรายอยู่แล้ว ตัดสินโดยคำอธิบายของกรณีของโรคหอบหืดอย่างน้อยคุณต้องทำงานเป็นช่างทำหลังคาเป็นเวลา 9 ปีโดยหายใจพิษนี้ อย่างไรก็ตามมีการอธิบายเอฟเฟกต์ล่าช้าอย่างชัดเจนนั่นคือมันสามารถยิงได้ทั้ง 5 และ 15 ปีหลังจากการเป็นพิษเพียงครั้งเดียว

วิธีตรวจสอบว่าโครเมียมออกจากสแตนเลสหรือไม่ (ที่ - คำถามยังคงอยู่) โบลต์หลังจากปฏิกิริยามีความวาววับมากขึ้น เมื่อเทียบกับโบลต์เดียวกันจากแบทช์เดียวกัน ซึ่งเป็นสัญญาณที่ไม่ดี เมื่อมันปรากฏออกมา สแตนเลสจะมีความยาวตราบเท่าที่มีโครเมียมออกไซด์ในรูปของสารเคลือบป้องกัน หากโครเมียมออกไซด์ถูกทำลายโดยการเกิดออกซิเดชันระหว่างอิเล็กโทรลิซิส หมายความว่าโบลต์ดังกล่าวจะเกิดสนิมอย่างเข้มข้นมากขึ้น (เหล็กอิสระจะทำปฏิกิริยา จากนั้นโครเมียมในสแตนเลสที่ไม่เสียหายจะออกซิไดซ์เป็น CrO) ดังนั้นเขาจึงสร้างเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับการขึ้นสนิมของสลักเกลียวสองตัว: น้ำเกลือและอุณหภูมิของสารละลาย 60-80 องศา สแตนเลสเกรด A2 12X18H9 (X18H9): ประกอบด้วยโครเมียม 17-19% (และในโลหะผสมเหล็กสแตนเลสนิกเกิลมีโครเมียมมากขึ้นถึง ~ 35%) สลักเกลียวตัวหนึ่งขึ้นสนิมในหลาย ๆ ที่ทุกแห่งอยู่ในโซนสัมผัสกับสแตนเลสด้วยสารละลาย! ผู้ที่มีผมสีแดงมากที่สุดจะสัมผัสกับสารละลาย

และความสุขของฉันคือความแรงของกระแสไฟฟ้าในขณะนั้นอยู่ที่ 0.15A ระหว่างอิเล็กโทรลิซิส ห้องครัวถูกปิดและหน้าต่างในนั้นเปิดอยู่ มันตราตรึงในใจฉันอย่างชัดเจน: การแยกสแตนเลสออกจากอิเล็กโทรไลซิสหรือทำในพื้นที่เปิดและในระยะไกล (ไม่มีสแตนเลสที่ไม่มีโครเมียม นี่คือองค์ประกอบการผสม) เนื่องจากเหล็กกล้าไร้สนิมไม่ใช่แอโนดเฉื่อยระหว่างอิเล็กโทรลิซิส มันละลายและปล่อยโครเมียมออกไซด์ที่เป็นพิษออกมา หมอเคมี ฆ่าตัวตายที่กำแพงก่อนจะมีใครตายจากคำแนะนำของคุณ!คำถามยังคงอยู่ในรูปแบบใด มากน้อยเพียงใด และที่ไหน แต่เมื่อคำนึงถึงการปล่อยออกซิเจนบริสุทธิ์ที่ขั้วบวกแล้ว CrO จะถูกออกซิไดซ์อย่างแม่นยำไปยังออกไซด์ระดับกลาง Cr 3 O 2 (เป็นพิษเช่นกัน MPC 0.01 มก. / ม. 3) จากนั้นไปยังออกไซด์ที่สูงขึ้น CrO 3: 2Cr 2 O 3 + 3O 2 = 4CrO 3 ข้อหลังยังคงเป็นข้อสันนิษฐาน (สื่อที่เป็นด่างที่จำเป็นมีอยู่ แต่ไม่ว่าจะต้องการความร้อนสูงสำหรับปฏิกิริยานี้หรือไม่) แต่จะดีกว่าถ้าเล่นอย่างปลอดภัย แม้แต่การตรวจเลือดและปัสสาวะสำหรับโครเมียมก็ยังทำได้ยาก

อิเล็กโทรดเฉื่อยคือกราไฟต์ จำเป็นต้องเข้าไปในคลังเก็บรถเข็นและนำออกจากแปรงที่ใช้แล้วทิ้ง เพราะแม้ใน aliexpress สำหรับ 250 รูเบิลต่อพิน และเป็นอิเล็กโทรดเฉื่อยที่ถูกที่สุด

และนี่คืออีก 1 ตัวอย่างจริงเมื่อโซฟาอิเล็กทรอนิกส์นำไปสู่การสูญเสียวัสดุ และเพื่อความรู้ที่ถูกต้องจริงๆ เช่นเดียวกับในบทความนี้ ได้รับประโยชน์จากนักพูดที่นอน? - ไม่น่าเป็นไปได้ที่พวกเขาสร้างความเสียหาย และคุณต้องเช็ดตามพวกเขา

ฉันมีแนวโน้มที่จะเหตุผลแรกที่ทำให้หายใจไม่ออก "ก๊าซ": การระเหยของสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ในกรดคาร์บอนิกไปในอากาศ เนื่องจากโครเมียมออกไซด์เป็นหน้ากากป้องกันแก๊สพิษที่มีท่อจ่ายอากาศแบบกลไกที่ใช้ได้อย่างแม่นยำ - ฉันหายใจไม่ออกใน RPG-67 ที่น่าสมเพชของฉัน แต่การหายใจเข้าไปที่จุดศูนย์กลางของแผ่นดินไหวนั้นง่ายกว่าอย่างเห็นได้ชัด
จะตรวจสอบการมีอยู่ของโครเมียมออกไซด์ในอากาศได้อย่างไร? เริ่มต้นกระบวนการสลายน้ำในสารละลายโซดาแอชบริสุทธิ์บนแอโนดกราไฟท์ (หยิบมันออกมาจากดินสอ แต่ไม่ใช่ดินสอทุกตัวที่มีแท่งกราไฟท์บริสุทธิ์) และแคโทดเหล็ก และเสี่ยงที่จะสูดอากาศเข้าไปในครัวอีกครั้งใน 2.5 ชั่วโมง มันเป็นตรรกะ? เกือบ: อาการของโซดาไฟและโครเมียมออกไซด์เฮกซะวาเลนท์เหมือนกัน - การปรากฏตัวของโซดาไฟในอากาศจะไม่พิสูจน์ว่าไม่มีไอระเหยของโครเมียมเฮกซะวาเลนท์ อย่างไรก็ตาม การไม่มีกลิ่นโดยไม่ใช้สเตนเลสสตีลจะแสดงให้เห็นผลลัพธ์ของการมีโครเมียมเฮกซะวาเลนท์อย่างชัดเจน ตรวจสอบแล้วมีกลิ่น - วลีที่มีความหวัง "ไชโย! ฉันสูดโซดาไฟ ไม่ใช่เฮกซะวาเลนท์โครเมียม!"สามารถดึงออกจากกันเป็นเรื่องตลก

คุณลืมอะไรอีก:
- กรดและด่างอยู่รวมกันในภาชนะเดียวได้อย่างไร? ตามทฤษฎีแล้วควรมีเกลือและน้ำ มีจุดที่ละเอียดอ่อนมากที่นี่ ซึ่งสามารถเข้าใจได้ในการทดลองเท่านั้น (ไม่ได้ทดสอบ) หากคุณย่อยสลายน้ำทั้งหมดระหว่างอิเล็กโทรไลซิสและแยกสารละลายออกจากเกลือในตะกอน - ตัวเลือกที่ 2: สารละลายโซดาไฟหรือโซดาไฟที่มีกรดคาร์บอนิกจะยังคงอยู่ หากหลังอยู่ในองค์ประกอบเกลือจะเริ่มปล่อยภายใต้สภาวะปกติและ ... โซดาแอชจะหลุดออกมา: 2NaOH + H 2 CO 3 = Na 2 CO 3 + 2H 2 O ปัญหาคือมันจะละลายใน น้ำตรงนั้น - น่าเสียดายที่รสชาติไม่สามารถลิ้มรสได้และเปรียบเทียบกับสารละลายดั้งเดิม: โซดาไฟก็ไม่ตอบสนองอย่างสมบูรณ์
- กรดคาร์บอนิกทำปฏิกิริยากับธาตุเหล็กหรือไม่? คำถามนี้จริงจังเพราะ การก่อตัวของกรดคาร์บอนิกเกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำที่แคโทด คุณสามารถตรวจสอบได้โดยการสร้างสารละลายที่มีความเข้มข้นมากขึ้นและทำการอิเล็กโทรไลซิสจนกว่าโลหะบาง ๆ จะละลายหมด (ไม่ได้ทดสอบ) อิเล็กโทรลิซิสเป็นวิธีที่อ่อนโยนกว่าในการกำจัดสนิมมากกว่าการกัดกรด
- อาการหายใจเข้าของก๊าซออกซีไฮโดรเจนคืออะไร? ไม่มี + ไม่มีกลิ่นหรือสี
- โซดาไฟและกรดคาร์บอนิกทำปฏิกิริยากับพลาสติกหรือไม่? ทำอิเล็กโทรไลซิสที่เหมือนกันในภาชนะพลาสติกและแก้ว และเปรียบเทียบความขุ่นของสารละลายและความโปร่งใสของพื้นผิวของภาชนะ (ไม่ได้ทดสอบกับแก้ว) พลาสติก - มีความโปร่งใสน้อยลงในบริเวณที่สัมผัสกับสารละลาย อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้กลายเป็นเกลือที่สามารถลอกออกได้ง่ายด้วยนิ้ว ดังนั้นพลาสติกเกรดอาหารจึงไม่ทำปฏิกิริยากับสารละลาย แก้วใช้สำหรับเก็บด่างและกรดเข้มข้น

หากคุณสูดดมก๊าซที่ลุกไหม้เป็นจำนวนมาก ไม่ว่าจะเป็น NaOH หรือ CrO 3 คุณต้องทาน "uniiol" หรือยาที่คล้ายคลึงกัน และมีกฎทั่วไป: ไม่ว่าพิษจะเกิดขึ้นไม่ว่าจะมีความแข็งแรงและมาจากไหนก็ตามให้ดื่มน้ำมาก ๆ ใน 1-2 วันข้างหน้าหากไตอนุญาต ภารกิจ: เพื่อขจัดสารพิษออกจากร่างกายและถ้าไม่ได้ทำโดยการอาเจียนหรือเสมหะให้ คุณลักษณะเพิ่มเติมทำระบบตับและทางเดินปัสสาวะ

ที่น่ารำคาญที่สุดคือมันทั้งหมด โปรแกรมโรงเรียนเกรด 9 ประณามฉันอายุ 31 ปี - และฉันจะไม่ผ่านการสอบ ...

สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลซิสคือการย้อนเวลากลับไป:
- สารละลายของ NaOH และ H 2 CO 3 ภายใต้สภาวะปกติจะนำไปสู่การก่อตัวของโซดาแอชในขณะที่อิเล็กโทรไลซิสกลับปฏิกิริยานี้
- เหล็กภายใต้สภาวะธรรมชาติถูกออกซิไดซ์และระหว่างอิเล็กโทรไลซิสจะลดลง
- ไฮโดรเจนและออกซิเจนมักจะรวมกันตามที่ต้องการ: ผสมกับอากาศ เผาไหม้และกลายเป็นน้ำ ดูดซับหรือทำปฏิกิริยากับบางสิ่ง ในทางตรงกันข้ามอิเล็กโทรไลซิสจะสร้างก๊าซของสารต่าง ๆ ในรูปแบบบริสุทธิ์
เครื่องย้อนเวลาท้องถิ่นไม่ใช่อย่างอื่น: มันทำให้ตำแหน่งของโมเลกุลของสารกลับสู่สถานะเดิม

ตามสูตรของปฏิกิริยา สารละลายโซดาไฟแบบผงมีอันตรายมากกว่าในระหว่างการสร้างและการแยกด้วยไฟฟ้า แต่มีประสิทธิภาพมากกว่าในบางสถานการณ์:
- สำหรับอิเล็กโทรดเฉื่อย: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (สารละลายเป็นแหล่งของไฮโดรเจนและออกซิเจนบริสุทธิ์ที่ไม่มีสิ่งเจือปน);
- ทำปฏิกิริยาอย่างเข้มข้นมากขึ้นกับสารอินทรีย์ ไม่มีกรดคาร์บอนิก (น้ำยาล้างไขมันที่รวดเร็วและราคาถูก)
- ถ้าคุณใช้เหล็กเป็นแอโนด มันจะเริ่มละลายที่แอโนดและลดลงที่แคโทด ทำให้ชั้นเหล็กบนแคโทดหนาขึ้นในกรณีที่ไม่มีกรดคาร์บอนิก นี่เป็นวิธีการคืนสภาพวัสดุแคโทดหรือเคลือบด้วยโลหะอื่นเมื่อไม่มีโลหะที่ต้องการสารละลายอยู่ในมือ ผู้ทดลองกล่าวว่าการกำจัดสนิมจะเร็วขึ้นเช่นกันหากทำเหล็กเป็นแอโนดในกรณีของโซดาแอช
- แต่ความเข้มข้นของ NaOH ในอากาศระหว่างการระเหยจะสูงขึ้น (คุณยังต้องตัดสินใจว่าสิ่งใดอันตรายกว่า: กรดคาร์บอนิกกับโซดาไฟหรือความชื้นกับโซดาไฟ)

ก่อนหน้านี้ฉันเขียนเกี่ยวกับการศึกษาที่เสียเวลามากในโรงเรียนและมหาวิทยาลัย บทความนี้ไม่ได้เปลี่ยนความคิดเห็นนี้เพราะคนธรรมดาจะไม่มีประโยชน์ในชีวิต matan เคมีอินทรีย์หรือฟิสิกส์ควอนตัม (เฉพาะที่ทำงานและเมื่อฉันต้องการ Matan 10 ปีต่อมาฉันเรียนรู้อีกครั้งฉันจำอะไรไม่ได้เลย ทั้งหมด). แต่เคมีอนินทรีย์ วิศวกรรมไฟฟ้า กฎฟิสิกส์ ภาษารัสเซียและ ภาษาต่างประเทศ- นี่คือสิ่งที่ควรให้ความสำคัญ (ควรแนะนำจิตวิทยาของการมีปฏิสัมพันธ์ของเพศและรากฐานของลัทธิต่ำช้าทางวิทยาศาสตร์) ตอนนี้ฉันไม่ได้เรียนที่คณะอิเล็กทรอนิกส์ และจากนั้นก็พัง - และ Visio เรียนรู้ที่จะใช้และ MultiSim และส่วนหนึ่งของการกำหนดองค์ประกอบที่เรียนรู้ ฯลฯ แม้ว่าฉันจะเรียนที่คณะจิตวิทยา ผลลัพธ์ก็คงจะเหมือนเดิม: ฉันได้มันมาในชีวิต - ฉันเคยชิน - ฉันคิดออก แต่ถ้าที่โรงเรียนบน วิทยาศาสตร์ธรรมชาติและสำเนียงก็แข็งแกร่งขึ้นในภาษา (และพวกเขาก็อธิบายให้คนหนุ่มสาวฟังว่าทำไมมันถึงแข็งแกร่งขึ้น) - มันจะง่ายกว่าที่จะมีชีวิตอยู่ ที่โรงเรียน ที่สถาบันเคมี พวกเขาคุยกันเรื่องอิเล็กโทรลิซิส (ทฤษฎีที่ไม่มีการปฏิบัติ) แต่ไม่เกี่ยวกับความเป็นพิษของไอระเหย

สุดท้าย ตัวอย่างของการรับก๊าซบริสุทธิ์ (โดยใช้อิเล็กโทรดเฉื่อย): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH นั่นคือ ขั้นแรก เราวางยาพิษตัวเองด้วยคลอรีนที่บริสุทธิ์ที่สุด จากนั้นเราก็ระเบิดด้วยไฮโดรเจน (อีกครั้งสำหรับคำถามเรื่องความปลอดภัยของสารที่ปล่อยออกมา) หากมีสารละลาย CuSO 4 และแคโทดเป็นเหล็ก โลหะจะออกจากฐานและทิ้งกรดที่มีออกซิเจนเป็นกรด SO4 2- จะไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา ถ้ากรดตกค้างไม่มีออกซิเจนก็จะสลายตัวเป็น สารง่ายๆ(ซึ่งสามารถเห็นได้ในตัวอย่างของ C 1 - ซึ่งโดดเด่นเป็น Cl 2)

(เพิ่ม 05.24.2016)หากคุณต้องการต้ม NaOH ด้วยสนิมเพื่อทำปฏิกิริยาร่วมกัน - ทำไมไม่? ไนโตรเจนในอากาศ 80% ประสิทธิภาพของการกำจัดสนิมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ขั้นตอนนี้จะต้องทำในที่โล่ง

เกี่ยวกับการเติมไฮโดรเจนของโลหะ (ความเปราะบางที่เพิ่มขึ้น): ฉันไม่พบสูตรใด ๆ และความคิดเห็นที่เพียงพอในหัวข้อนี้ ถ้าเป็นไปได้ ฉันจะใส่อิเล็กโทรไลซิสของโลหะเป็นเวลาหลายวัน เพิ่มรีเอเจนต์แล้วเคาะด้วยค้อน

(เพิ่มเมื่อ 05/27/2016)กราไฟท์สามารถถอดออกจากแบตเตอรี่น้ำเกลือที่ใช้แล้วได้ ถ้ามันดื้อรั้นต่อต้านการถอดประกอบ ให้เปลี่ยนรูปเป็นรอง

(เพิ่ม 06/10/2016)การเติมไฮโดรเจนของโลหะ: H + + e - = H โฆษณา โฆษณา H + โฆษณา H = H 2 โดยที่ ADS คือการดูดซับ ถ้าโลหะมีที่ เงื่อนไขที่จำเป็นละลายไฮโดรเจนในตัวเอง (นี่คือตัวเลข!) - จากนั้นมันก็จะละลายในตัวมันเอง ไม่พบเงื่อนไขการเกิดเหล็ก และสำหรับเหล็กได้อธิบายไว้ในหนังสือโดย A.V. Schreider "ผลกระทบของไฮโดรเจนต่ออุปกรณ์เคมีและปิโตรเลียม". ในรูปที่ 58 หน้า 108 มีกราฟเกรด 12X18H10T: ที่ความดันเทียบเท่าบรรยากาศและอุณหภูมิ 300-900 องศา: 30-68 ซม. 3 / กก. รูปที่ 59 แสดงการขึ้นต่อกันของเกรดเหล็กอื่นๆ สูตรทั่วไปสำหรับการดูดซับไฮโดรเจนของเหล็ก: K s = K 0 e -∆H / 2RT โดยที่ K 0 เป็นปัจจัยก่อนเลขชี้กำลัง 1011 l / mol s ∆H คือความร้อนของการละลายของเหล็ก ~ 1793K) R คือค่าคงที่แก๊สสากล 8.3144598J / (mol K), T คืออุณหภูมิของตัวกลาง เป็นผลให้ที่อุณหภูมิห้อง 300 K เรามี K s = 843 L / mol ตัวเลขไม่ถูกต้อง คุณต้องตรวจสอบพารามิเตอร์อีกครั้ง

(เพิ่ม 06/12/2016)หากโซดาไฟไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะโดยไม่มีอุณหภูมิสูง จะเป็นน้ำยาล้างไขมัน (สำหรับโลหะ) ที่ปลอดภัยสำหรับพาเลท หม้อ และสิ่งอื่น ๆ (เหล็ก ทองแดง สแตนเลส แต่ไม่ใช่อลูมิเนียม เทฟลอน ไททาเนียม สังกะสี)

ด้วยการเติมไฮโดรเจน - ชี้แจง ปัจจัยก่อนเลขชี้กำลัง K 0 อยู่ในช่วง 2.75-1011 l / mol · s ซึ่งไม่ใช่ค่าคงที่ คำนวณหาสแตนเลส: 10 13 · C m 2/3 โดยที่ C m คือความหนาแน่นของอะตอมของเหล็ก ความหนาแน่นของอะตอมของเหล็กกล้าไร้สนิมคือ 8 · 10 22 ที่ / cm 3 - K 0 = 37132710668902231139280610806.786 at / cm 3 = - จากนั้นทุกอย่างก็ติดอยู่

หากคุณดูกราฟของ Schrader อย่างใกล้ชิด คุณสามารถสรุปคร่าวๆ เกี่ยวกับปริมาณไฮโดรเจนของเหล็กใน OU ได้ (อุณหภูมิที่ลดลง 2 เท่า ทำให้กระบวนการช้าลง 1.5 เท่า): ประมาณ 5.93 ซม. 3 / กก. ที่ 18.75 องศาเซลเซียส - แต่ไม่ได้ระบุเวลาในการเจาะโลหะของปริมาตรดังกล่าว ในหนังสือ A.M. Sukhotin, V.S. Zotikov "ความทนทานต่อสารเคมีของวัสดุ คู่มือ" บนหน้าที่ 95 ในตารางที่ 8 แสดงผลของไฮโดรเจนต่อความแข็งแรงในระยะยาวของเหล็ก ช่วยให้เราเข้าใจว่าความอิ่มตัวของไฮโดรเจนของเหล็กที่มีไฮโดรเจนภายใต้ความดัน 150-460 บรรยากาศจะเปลี่ยนขีดจำกัดความแข็งแรงในระยะยาวได้สูงสุด 1.5 เท่าในช่วงเวลา 1,000-10,000 ชั่วโมง ดังนั้นจึงไม่ควรพิจารณาปริมาณไฮโดรเจนของเหล็กในระหว่างการแยกอิเล็กโทรไลซิสใน NU เป็นปัจจัยทำลายล้าง

(เพิ่ม 06/17/2016)วิธีที่ดีในการถอดแบตเตอรี่: อย่าทำให้เคสเรียบ แต่ให้ละลายเหมือนดอกตูมของดอกทิวลิป งอส่วนต่างๆ ของกระบอกสูบจากทางเข้าที่เป็นบวกทีละชิ้น - ทางเข้าที่เป็นบวกจะถูกลบออก แท่งกราไฟต์ถูกเปิดเผย - และคลายเกลียวด้วยคีมอย่างราบรื่น

(เพิ่ม 06/22/2016)แบตเตอรี่ที่ง่ายที่สุดสำหรับการถอดประกอบคือ Ashanovs จากนั้นในบางรุ่นจะมีพลาสติก 8 วงกลมสำหรับยึดแกนกราไฟท์ - ดึงออกมาได้ยากและเริ่มพัง

(เพิ่ม 07/05/2559)เซอร์ไพรส์: แท่งกราไฟท์แตกเร็วกว่าโลหะแอโนดมาก: ในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง การใช้สแตนเลสเป็นแอโนดเป็นทางออกที่ดีที่สุด หากเราลืมเรื่องความเป็นพิษ บทสรุปจากเรื่องราวทั้งหมดนี้เรียบง่าย: การทำอิเล็กโทรไลซิสควรทำในที่โล่งเท่านั้น หากมีระเบียงเปิดในบทบาทนี้ อย่าเปิดหน้าต่าง แต่สอดสายไฟผ่านยางขอบประตู (เพียงแค่กดสายไฟที่ประตู) คำนึงถึงกระแสในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสสูงถึง 8A (ความคิดเห็นทางอินเทอร์เน็ต) และสูงถึง 1.5A (ประสบการณ์ของฉัน) รวมถึงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของแหล่งจ่ายไฟพีซี 24V ลวดจะต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับ 24V / 11A - นี่คือใด ๆ ลวดในฉนวนที่มีหน้าตัด 0.5 มม. 2

ตอนนี้เกี่ยวกับเหล็กออกไซด์ในส่วนที่ผ่านกระบวนการแล้ว มีบางส่วนที่ยากต่อการคลานเข้าไปเพื่อลบคราบจุลินทรีย์สีดำ (หรือวัตถุที่กำลังซ่อมแซม เมื่อพื้นผิวไม่สามารถถูด้วยแปรงเหล็ก) เมื่อวิเคราะห์กระบวนการทางเคมี ฉันพบวิธีกำจัดมันด้วยกรดซิตริกและทำการทดสอบ อันที่จริงมันยังใช้งานได้กับ FeO - คราบจุลินทรีย์หายไป / หลุดออกภายใน 4 ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้องและสารละลายเปลี่ยนเป็นสีเขียว แต่วิธีนี้ถือว่าอ่อนโยนน้อยกว่าเพราะ กรดและโลหะกินเข้าไป (อย่าให้แสงมากเกินไป, ตรวจสอบอย่างต่อเนื่อง) นอกจากนี้ การล้างขั้นสุดท้ายด้วยสารละลายโซดาก็เป็นสิ่งจำเป็น: มิฉะนั้น กรดที่ตกค้างจะกินโลหะในอากาศ และการเคลือบที่ไม่ต้องการจะได้รับ (สว่านสำหรับสบู่) และคุณต้องระวังด้วย: หากปล่อย 6CO ด้วย Fe 2 O 3 มากถึง 6CO สิ่งที่ปล่อยออกมาด้วย FeO นั้นยากต่อการทำนาย (กรดอินทรีย์) สันนิษฐานว่า FeO + C 6 H 8 O 7 = H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (การก่อตัวของเหล็กซิเตรต) - แต่ฉันก็มีก๊าซที่ปล่อยออกมาเช่นกัน (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6 H 5 O 7) 2 + 3H 2). พวกเขายังเขียนว่ากรดซิตริกสลายตัวในแสงและอุณหภูมิ - ฉันไม่พบปฏิกิริยาที่ถูกต้อง

(เพิ่ม 07/06/2016)ฉันลองใช้กรดซิตริกกับสนิมบนเล็บหนา - มันละลายใน 29 ชั่วโมง ตามที่คาดไว้: กรดซิตริกเหมาะสำหรับการทำให้โลหะบริสุทธิ์ยิ่งขึ้น ในการทำความสะอาดสนิมหนา: ใช้กรดซิตริกที่มีความเข้มข้นสูง อุณหภูมิสูง (ถึงเดือด) คนบ่อยๆ - เพื่อเร่งกระบวนการซึ่งไม่สะดวก

การแก้ปัญหาของโซดาแอชหลังจากอิเล็กโทรไลซิสนั้นยากต่อการงอกใหม่ ไม่ชัดเจน: เติมน้ำหรือเติมโซดา การเติมโซเดียมคลอไรด์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้สารละลายหายไปอย่างสมบูรณ์ + แอโนดกราไฟต์พังในเวลาเพียงชั่วโมงเดียว

ทั้งหมด: สนิมหยาบจะถูกลบออกโดยอิเล็กโทรไลซิส, FeO ถูกแกะสลักด้วยกรดซิตริก, ชิ้นส่วนถูกล้างด้วยสารละลายโซดา - และได้เหล็กบริสุทธิ์เกือบ แก๊สที่ทำปฏิกิริยากับกรดซิตริก - CO 2 (ดีคาร์บอกซิเลชันของกรดซิตริก) บานบนเหล็กสีเข้ม - เหล็กซิเตรต (ล้างออกง่ายถึงปานกลาง ไม่ทำหน้าที่ป้องกัน เราจะละลายในน้ำอุ่น)

ตามทฤษฎีแล้ว วิธีการกำจัดออกไซด์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการกู้คืนเหรียญ สัดส่วนของรีเอเจนต์ที่อ่อนแอกว่านั้นจำเป็นสำหรับความเข้มข้นของสารละลายที่ต่ำกว่าและกระแสที่ต่ำกว่าหรือไม่

(เพิ่ม 07/09/2016)ทำการทดลองกับกราไฟท์ อยู่ในช่วงอิเล็กโทรไลซิสของโซดาแอชที่สลายตัวอย่างรวดเร็ว กราไฟต์เป็นคาร์บอนเมื่อละลายในขณะที่อิเล็กโทรไลซิสสามารถทำปฏิกิริยากับเหล็กและตกตะกอนด้วยเหล็กคาร์ไบด์ Fe 3 C สภาวะ 2000 องศาไม่เป็นไปตามเงื่อนไข แต่อิเล็กโทรไลซิสไม่ใช่ CU

(เพิ่ม 07/10/2016)เมื่ออิเล็กโทรลิซิสของโซดาแอชโดยใช้แท่งกราไฟท์ แรงดันไฟฟ้าจะต้องไม่เพิ่มขึ้นเกิน 12V อาจต้องใช้ค่าที่ต่ำกว่า - ติดตามเวลาการแตกหักของกราไฟท์ที่แรงดันไฟฟ้าของคุณ

(เพิ่ม 07.17.2016)ค้นพบวิธีการกำจัดสนิมในพื้นที่

(เพิ่ม 07.25.2016)สามารถใช้กรดออกซาลิกแทนกรดซิตริกได้

(เพิ่ม 07/29/2016)เขียนเกรดเหล็ก A2, A4 และอื่น ๆ ตัวอักษรภาษาอังกฤษ: นำเข้าและมาจากคำว่า "ออสเทนนิติก"

(เพิ่มเมื่อ 10/11/2559)ปรากฎว่ามีสนิมอีกประเภทหนึ่ง: เหล็กเมทาไฮดรอกไซด์ FeO (OH) เกิดขึ้นเมื่อเหล็กถูกฝังอยู่ในดิน ในคอเคซัสพวกเขาใช้วิธีนี้ในการขึ้นสนิมเหล็กแถบเพื่อให้อิ่มตัวด้วยคาร์บอน หลังจากผ่านไป 10-15 ปี เหล็กกล้าคาร์บอนสูงที่ได้ก็กลายเป็นกระบี่

สหภาพโซเวตสกิซ

สังคมนิยม

สาธารณรัฐ

ขึ้นอยู่กับผู้เขียน หลักฐาน ¹

ประกาศ 11L1! .1964 (หมายเลข 886625 / 22-2) Cl. ยุค 40 สวนสัตว์พร้อมแนบใบสมัครเลขที่ MPK C 22d

UDC 669.174: 669.177.035

45 (088.8) คณะกรรมการของรัฐเพื่อการประดิษฐ์และการค้นพบของสหภาพโซเวียต

ผู้สมัคร I.P.Bardin Central Research Institute of Ferrous Metallurgy

วิธีการผลิตเหล็กด้วยไฟฟ้า

ละลาย | X เกลือที่ละลายน้ำได้! MI ANODE

เรื่องของการประดิษฐ์

กลุ่มการสมัคร ¹ 1bO

มีวิธีการที่เป็นที่รู้จักในการผลิตเหล็กและโลหะอื่นๆ ในสารละลายที่เป็นน้ำและในเกลือหลอมเหลว วิธีการที่นำเสนอสำหรับการผลิตเหล็กโดยวิธีอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวที่มีแอโนดที่ละลายน้ำได้จากเหล็กหล่อหรือผลิตภัณฑ์ที่มีการลดปริมาณแร่เหล็กโดยไม่ทำให้เกิดการระเบิดนั้นแตกต่างจากที่ทราบ เพื่อให้ได้ธาตุเหล็กที่มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น อิเล็กโทรไลซิสจะดำเนินการในโซเดียมคลอไรด์หลอมเหลวโดยเติมเหล็กคลอไรด์ในปริมาณไม่เกิน 10 "โดยน้ำหนักคำนวณจากเหล็กที่อุณหภูมิ 850 - 900 C และขั้วบวกและขั้วลบ ความหนาแน่นกระแสตามลำดับสูงถึง 0.4 และ 10 A / cm-

ตามวิธีการที่เสนอ วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุเหล็กเริ่มต้นในรูปของก้อน ก้อน แกรนูล ขี้กบ หรือเพลต จะถูกบรรจุเข้าไปในเซลล์อิเล็กโทรลิซิส เช่น เคลือบด้วยเซรามิก และผ่านการกลั่นด้วยไฟฟ้าที่อุณหภูมิ 850 - 900 องศาเซลเซียสใน บรรยากาศของไนโตรเจนหรือก๊าซเฉื่อยอื่นๆ

ผงเหล็กบริสุทธิ์ที่สะสมอยู่บนแคโทด จะถูกขนออกจากอ่างเป็นระยะๆ และบดให้แยกโดยอากาศ ส่วนหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์ที่ส่งกลับไปยังอ่าง อิเล็กโทรไลต์ที่เหลือจะถูกแยกออกจากเหล็กโดยการแยกด้วยสุญญากาศที่อุณหภูมิ 900 - 950 C หรือการบำบัดด้วยไฮโดรเมทัลโลจิคัล

ข้อดีของวิธีการที่เสนอคือการเพิ่มความบริสุทธิ์ของธาตุเหล็กที่มีองค์ประกอบพื้นฐานสูงถึง 99.995% และ

วิธีการผลิตเหล็กโดยอิเล็กโทรไลซิสของเกลือหลอมเหลวที่มีแอโนดที่ละลายได้15 จากเหล็กหล่อหรือผลิตภัณฑ์จากการลดปริมาณแร่เหล็กโดยไม่ทำให้ระเบิด มีลักษณะเฉพาะในการที่จะได้ธาตุเหล็กที่มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น อิเล็กโทรลิซิสจะดำเนินการในโซเดียมคลอไรด์หลอมเหลวด้วย

20 โดยเติมเหล็กคลอไรด์ในปริมาณไม่เกิน 10% โดยน้ำหนัก โดยคำนวณเป็นเหล็ก เมื่อ

850 - 9 C และความหนาแน่นกระแส anodic และ cathodic ตามลำดับสูงถึง 0.4 และ 10 a / c -

สิทธิบัตรที่คล้ายกัน:

การประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับสาขาการผลิตไฟฟ้าเคมีของผงโลหะกลุ่มแพลตตินั่มและสามารถนำมาใช้สำหรับการเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมเคมีวิศวกรรมไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าไมโครอิเล็กทรอนิกส์