II. Процессы электролиза

В растворах и расплавах электролитов имеются разноименные по знаку ионы (катионы и анионы), которые находятся в хаотическом движении. Если в такой раствор или расплав электролита погрузить электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам: катионы - к катоду (электроду, присоединенному к отрицательному полюсу источника тока), а анионы - к аноду (присоединенному к положительному полюсу источника тока).

Катионы, достигнув катода, принимают от него электроны и восстанавливаются; анионы, достигнув анода, отдают электроны и окисляются.

Суммарный электрохимический процесс, охватывающий раздельное, но одновременно протекающие на электродах процессы окисления и восстановления за счет электронов электрического тока, возбуждаемого внешней электродвижущей силой, называется электролизом.

Электролизер - прибор, к котором проводят электролиз (Рис. 3).

Процессы в расплавленных электролитах - наиболее простой случай электролиза. Более сложные процессы протекают при электролизер в водных растворов электролитов, так как в водных растворах всегда присутствуют ионы Н⁺ и ОН , также участвующие в процессах. Из нескольких возможных процессов будет протекать тот, осуществление которого сопряжено с минимальной затратой энергии. Это означает, что на катоде будут восстанавливаться катионы, имеющие наибольший электродный потенциал, а на аноде будут окисляться анионы с наименьшим электродным потенциалом.

Последовательность разрядки катионов (восстановление на катоде) можно установить в соответствии со стандартным потенциалом, при этом нужно учитывать величину потенциала процесса восстановления ионов водорода. Стандартный потенциал водорода, равный 0, относится к концентрации ионов Н⁺, равной 1, т.е. рН = 0. В случае нейтральных растворов ( рН=7) концентрация ионов Н⁺ равна 10^-7, согласно формуле Нернста потенциал равен: Е = - 0,41В.

По способности восстанавливаться катионы можно разделить на 3 группы:

1. Катионы металлов, у которых стандартный электродный потенциал больше -0,41В (от Cd²⁺ до Au³⁺), практически полностью восстанавливаются: например Cu²⁺+ 2 е = Cu⁰

2. Катионы металлов с малой величиной стандартного электродного потенциала ( от Li⁺ до Al³⁺ включительно) не восстанавливаются, а вместо них происходит восстановление ионов водорода из воды:

2Н₂О + 2 е = Н₂ + 2 ОН

3. Катионы металлов, имеющих стандартный электродный потенциал меньший -0,41 В, но больший, чем у алюминия (от Mn²⁺ до Cd²⁺), восстанавливаются одновременно с ионами водорода из воды.