7.3. Электролиз

7.3.1. Общие понятия

Электролизом называют процессы, происходящие на электродах под действием электрического тока, подаваемого от внешнего источника тока.

При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую. Для этого процесса G > 0, при стандартных условиях он самопроизвольно не идет.

Ячейка для электролиза, называемая электролизером (рис.7.13), состоит из двух электродов и электролита.

Рис.7. 5. Схема, иллюстрирующая принцип действия электролизера.

Электрод, на котором идет реакция восстановления (катод), у электролизера подключен к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Электрод, на котором протекает реакция окисления (анод), подключен к положительному полюсу источника тока. Положительно заряженные ионы - катионы - перемещаются к отрицательному электроду - катоду, а отрицательно заряженные ионы - анионы - перемещаются к положительному электроду - аноду.

Таким образом, сущность процесса электролиза заключается в том, что на катоде происходит процесс восстановления, а на аноде - процесс окисления.

Для практического осуществления электролиза конкретного электролита необходимо определенное минимальное пороговое напряжение. Это напряжение называется напряжением разложения электролита U_н.р.. Повышение напряжения, необходимое для развития процесса электролиза, обусловленное поляризацией электродов и омическими потерями, называется перенапряжением.

U = (_А - _К) + _{поляриз.} + IR

При наличии перенапряжения потенциал катода становится более отрицательным, а потенциал анода - более положительным (рис.7.14).

Увеличение напряжения по сравнению с э.д.с. приводит к перерасходу электрической энергии. Иногда поляризация при электролизе играет положительную роль.

Рис.7. 6. Поляризация электродов при электролизе. 1 - поляризация анода, 2 - поляризация катода.

7.3.2. Электролиз расплавов электролитов

Рассмотрим электродные реакции на примере электролиза расплава хлорида натрия.

Под действием температуры ионная кристаллическая решетка NaCl разрушается на ионы Na⁺ и Cl^-. Если погрузить в расплавленную соль два графитовых (инертных) электрода и подключить их к полюсам внешнего источника тока, то в электролите начнется направленное движение ионов и на электродах будут происходить следующие реакции:

а) восстановление ионов Na⁺ до металлического натрия (катодный процесс).

б) окисление ионов Cl^- до газообразного хлора (анодный процесс).

	NaCl 
(-) K	 Na+ + Cl- 	A (+)

Суммируя уравнения катодного и анодного процессов, (с учетом электронного баланса) получим окислительно-восстановительную реакцию, протекающую при электролизе:

2NaCl = 2Na_(ж) + Cl_2(г)