ЭЛЕКТРОЛИЗЕР

В гальваническом элементе (см.) химическая энергия превращается в электрическую: за счет самопроизвольной химической реакции вырабатывается электрический ток; электролиз — это обратный процесс, при котором химическая реакция поддерживается за счет электрической энергии внешнего источника.

Электролизер (электролитическая ячейка) обычно содержит раствор электролита, в который погружены два электрода, или два раствора, разделенные пористой диафрагмой, с соответствующим электродом в каждом из них. Материал электрода выбирается с учетом его химических свойств, а также его каталитической способности по отношению к нужной реакции. Как только такая ячейка собрана, в ней быстро устанавливаются равновесные условия: электроды приобретают потенциалы, при которых результирующая сила, заставляющая электроны двигаться через границу между электродом и раствором, равна нулю, и у поверхности каждого электрода возникает соответствующий двойной электрический слой (см.). Если теперь на ячейку подавать постепенно повышающееся электрическое напряжение от внешнего источника, то, когда оно достигнет напряжения разложения (см.), начнется электролиз

Теперь электроны на одном из электродов (катоде) способны вызвать реакцию восстановления, например илие протекающую с конечной скоростью, а на другом электроде (аноде) — реакцию окисления, например или , за счет которой на электрод поступают электроны. Внешнюю батарею можно сравнить с насосом: она как бы перекачивает электроны с анода на катод. Соответствующий ток в растворе переносится ионами, движущимися к электродам.

Часть электрической энергии расходуется на преодоление сопротивления электролита. Если его сопротивление равно R Ом, а ток равен I А, то, по закону Ома, соответствующее падение напряжения равно Для того чтобы происходил электролиз, разность внешнего напряжения и величины должна быть больше равновесного значения для данной реакции разность движущая сила реакции, называется перенапряжением (см.). Скорость реакции зависит от силы тока, проходящего через раствор, а ток возрастает (в известных пределах) при повышении перенапряжения. Выход реакции определяется законами Фарадея (см.).

Примеры

1. Ионы, переносящие заряд, разряжаются у электродов. При электролизе не очень концентрированного раствора с инертными платиновыми электродами при напряжении ~1,3 В на катоде выделяется , а на аноде — Ток в растворе переносится ионами идущими к катоду, и ионами СГ, идущими к аноду; во внешней цепи ток электронов направлен от анода к катоду:

2. При электролизе трудно разряжающихся анионов у анода происходит разложение воды с образованием и электронов. Например, при электролизе раствора с инертными платиновыми электродами на катоде осаждается медь: , а на аноде выделяется и раствор вблизи анода содержит

движутся к аноду, но не разряжаются здесь. Анодная реакция такова:

3. При электролизе трудно разряжающихся катионов у катода происходит разложение воды с образованием Например, при электролизе раствора с платиновыми электродами идет катодная реакция:

4. При электролизе реагируют сами электроды. Пример — электролиз раствора между медными электродами. Ток переносят ионы На катоде осаждается медь, а с анода медь переходит в раствор, причем концентрация электролита не меняется. Электролизеры такого типа применяются для электролитической очистки (см.) металлов, а также используются в качестве кулонометр а (см.).