Электролиз что это такое

Что такое Электролиз

электролиз что это такое

Электролиз — Химический процесс разложения вещества на составные части при прохождении через него электрического тока.

Значение слова Электролиз по Ожегову:

Электролиз — Разложение (растворение, распад) вещества на составные части при прохождении через него электрического тока

Электролиз в Энциклопедическом словаре:

Электролиз — (от электро и лиз) — совокупность процессовэлектрохимического окисления — восстановления, происходящих на погруженныхв электролит электродах при прохождении электрического тока. Применяетсядля получения многих веществ (металлов, водорода, хлора и др.), принанесении металлических покрытий (гальваностегия), воспроизведении формыпредметов (гальванопластика). См. также Электродные процессы, Фарадеязаконы.

Значение слова Электролиз по словарю Ушакова:

ЭЛЕКТРОЛИЗ, электролиза, мн. нет, м. (от слова электрический и греч. lysis — растворение) (физ.). Разложение вещества на составные части при прохождении через его раствор электрического тока.

Значение слова Электролиз по словарю Брокгауза и Ефрона:

Электролиз — см. Электролитическая диссоциация и Электрохимия.

Определение слова «Электролиз» по БСЭ:

Электролиз (от Электро и греч. lysis — разложение, растворение, распад)
совокупность процессов электрохимического окисления-восстановления на погруженных в электролит электродах при прохождении через него электрического тока. Э. лежит в основе электрохимического метода лабораторного и промышленного получения различных веществ — как простых (Э. в узком смысле слова), так и сложных (Электросинтез).
Изучение и применение Э.

началось в конце 18 — начале 19 вв., в период становления электрохимии. Для разработки теоретических основ Э. большое значение имело установление М. Фарадеем в 1833-34 точных соотношений между количеством электричества, прошедшего при Э., и количеством вещества, выделившегося на электродах (см. Фарадея законы). Промышленное применение Э. стало возможным после появления в 70-х гг. 19 в. мощных генераторов постоянного тока.
Особенность Э.

— пространственное разделение процессов окисления и восстановления: электрохимическое окисление происходит на аноде, восстановление — на катоде. Э. осуществляется в специальных аппаратах — электролизёрах.
Э. происходит за счёт подводимой энергии постоянного тока и энергии, выделяющейся при химических превращениях на электродах. Энергия при Э.

расходуется на повышение гиббсовой энергии системы в процессе образования целевых продуктов и частично рассеивается в виде теплоты при преодолении сопротивлений в электролизёре и в других участках электрической цепи.
На катоде в результате Э. происходит восстановление ионов или молекул электролита с образованием новых продуктов.

Катионы принимают электроны и превращаются в ионы более низкой степени окисления или в атомы, например при восстановлении ионов железа (F3+e&minus. &rarr. Fe2+),
электроосаждении меди (Cu2+ + 2e-&rarr. Cu). Нейтральные молекулы могут участвовать в превращениях на катоде непосредственно или реагировать с промежуточными продуктами катодного процесса. На аноде в результате Э.

происходит окисление ионов или молекул, находящихся в электролите или принадлежащих материалу анода (анод растворяется или окисляется), например: выделение кислорода (4OH&minus. &rarr. 4e&minus. + 2H2O + O2)
и хлора (2C1&minus.&rarr.2e&minus. + Cl2), образование хромата (Cr3+ + 3OH&minus. + H2O &rarr. CrO42- + 5H+ + 3e&minus.), растворение меди (Cu &rarr. Cu2+ + 2e-),
оксидирование алюминия (2Al + 3H2O &rarr. Al2O3 +6Н+ + 6e&minus.).

Электрохимическая реакция получения того или иного вещества (в атомарном, молекулярном или ионном состоянии) связана с переносом от электрода в электролит (или обратно) одного или нескольких зарядов в соответствии с уравнением химической реакции.

В последнем случае такой процесс осуществляется, как правило, в виде последовательности элементарных одноэлектронных реакций, то есть постадийно, с образованием промежуточных ионов или радикальных частиц на электроде, часто остающихся на нём в адсорбированном состоянии.
Скорости электродных реакций зависят от состава и концентрации электролита, от материала электрода, электродного потенциала, температуры и ряда других факторов.

Скорость каждой электродной реакции определяется скоростью переноса электрических зарядов через единицу поверхности электрода в единицу времени. мерой скорости, следовательно, служит плотность тока.
Количество образующихся при Э. продуктов определяется законами Фарадея.

Если на каждом из электродов одновременно образуется ряд продуктов в результате нескольких электрохимических реакций, доля тока (в %), идущая на образование продукта одной из них, называется выходом данного продукта по току.
Преимущества Э. перед химическим методами получения целевых продуктов заключаются в возможности сравнительно просто (регулируя ток) управлять скоростью и селективной направленностью реакций. Условия Э.

легко контролировать, благодаря чему можно осуществлять процессы как в самых
«мягких», так и в наиболее «жёстких» условиях окисления или восстановления, получать сильнейшие окислители и восстановители, используемые в науке и технике. Э. — основной метод промышленного производства алюминия, хлора и едкого натра, важнейший способ получения фтора, щелочных и щелочноземельных металлов, эффективный метод рафинирования металлов. Путём Э.

воды производят водород и кислород. Электрохимический метод используется для синтеза органических соединений различных классов и многих окислителей (персульфатов, перманганатов, перхлоратов, перфторорганических соединений и др.). Применение Э. для обработки поверхностей включает как катодные процессы гальванотехники (в машиностроении, приборостроении, авиационной, электротехнической, электронной промышленности), так и анодные процессы полировки, травления, размерной анодно-механической обработки, оксидирования (анодирования) металлических изделий (см. также Электрофизические и электрохимические методы обработки). Путём Э. в контролируемых условиях осуществляют защиту от коррозии металлических сооружений и конструкций (анодная и катодная защита).
Лит. см. при ст. Электрохимия.
Э. В. Касаткин.

Источник: https://xn----7sbbh7akdldfh0ai3n.xn--p1ai/elektroliz.html

Электролизер. Виды и типы. Устройство и работа. Применение

электролиз что это такое

Электролизер– это специальное устройство, которое предназначено для разделения компонентов соединения или раствора с помощью электрического тока.

Данные приборы широко используются в промышленности, к примеру, для получения активных металлических компонентов из руды, очищения металлов, нанесения на изделия металлических покрытий. Для быта они используются редко, но также встречаются.

В частности для домашнего использования предлагаются устройства, которые позволяют определить загрязненность воды или получить так называемую «живую» воду.

Основа работы устройства принцип электролиза, первооткрывателем которого считается известный зарубежный ученый Фарадей. Однако первый электролизер воды за 30 лет до Фарадея создал русский ученый по фамилии Петров.

Он на практике доказал, что вода может обогащаться в катодном или анодном состоянии. Несмотря на эту несправедливость, его труды не пропали даром и послужили развитию технологий.

На данный момент изобретены и с успехом используются многочисленные виды устройств, которые работают по принципу электролиза.

Что это

Электролизерработает благодаря внешнему источнику питания, который подает электрический ток. Упрощенно агрегат выполнен в виде корпуса, в который вмонтировано два или несколько электродов. Внутри корпуса находится электролит. При подаче электрического тока происходит разложение раствора на требуемые составляющие. Положительно заряженные ионы одного вещества направляются к отрицательно заряженному электроду и наоборот.

Основной характеристикой подобных агрегатов является производительность. То есть это количество раствора или вещества, которое установка может перерабатывать за определенный период времени. Данный параметр указывается в наименовании модели. Однако на него также могут влиять и иные показатели: сила тока, напряжение, вид электролита и так далее.

По конструкции анода и расположению токопровода электролизер может быть трех видов, это агрегаты с:

  1. Прессованными обожженными анодами.
  2. Непрерывным самообжигающимся анодом, а также боковым токопроводом.
  3. Непрерывным самообжигающимся анодом, а также верхним токопроводом.

Электролизер, используемый для растворов, по конструктивным особенностям можно условно разделить на:

  • Сухие.
  • Проточные.
  • Мембранные.
  • Диафрагменные.

Устройство

Конструкции агрегатов могут быть различными, но все они работают на принципе электролиза.

Устройство в большинстве случаев состоит из следующих элементов:

  • Электропроводящий корпус.
  • Катод.
  • Анод.
  • Патрубки, предназначенные для ввода электролита, а также вывода веществ, полученных в ходе реакции.

Электроды выполняются герметичными. Обычно они представлены в виде цилиндров, которые сообщаются с внешней средой с помощью патрубков. Электроды изготавливаются из специальных токопроводящих материалов. На катоде осаждается металл или к нему направляют ионы отделенного газа (при расщеплении воды).

В цветной промышленности часто применяют специализированные агрегаты для электролиза. Это более сложные установки, которые имеют свои особенности. Так электролизер для выделения магния и хлора требует ванну, выполненную из стенок торцевого и продольного вида. Она обкладывается с помощью огнеупорных кирпичей и иных материалов, а также делится с помощью перегородки на отделение для электролиза и ячейку, в которой собираются конечные продукты.

Конструктивные особенности каждого вида подобного оборудования позволяют решать лишь конкретные задачи, которые связаны с обеспечением качества выделяющихся веществ, скоростью происходящей реакции, энергоемкостью установки и так далее.

Принцип действия

В электролизных устройствах электрический ток проводят лишь ионные соединения. Поэтому при опускании электродов в электролит и включении электрического тока, в нем начинает течь ионный ток. Положительные частицы в виде катионов направляются к катоду, к примеру, это водород и различные металлы. Анионы, то есть отрицательно заряженные ионы текут к аноду (кислород, хлор).

При подходе к аноду анионы лишаются своего заряда и становятся нейтральными частицами. В результате они оседают на электроде. У катода происходят похожие реакции: катионы забирают у электрода электроны, что приводит к их нейтрализации.

В результате катионы оседают на электроде. К примеру, при расщеплении воды образуется водород, которые поднимается наверх в виде пузырьков. Чтобы собрать этот газ над катодом сооружаются специальные патрубки.

Через них водород поступает в необходимую емкость, после чего его можно будет использовать по назначению.

Принцип действия в конструкциях разных устройств в целом схож, но в ряде случаев могут быть и свои особенности. Так в мембранных агрегатах используется твердый электролит в виде мембраны, которая имеет полимерную основу. особенность подобных приборов кроется в двойном назначении мембраны. Эта прослойка может переносить протоны и ионы, в том числе разделять электроды и конечные продукты электролиза.

Диафрагменные устройства применяются в случаях, когда нельзя допустить диффузию конечных продуктов электролизного процесса. С этой целью применяют пористую диафрагму, которая выполнена из стекла, асбеста или керамики. В ряде случаев в качестве подобной диафрагмы могут применяться полимерные волокна либо стеклянная вата.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое номинальный режим

Применение

Электролизершироко применяется в различных отраслях промышленности. Но, несмотря на простую конструкцию, оно имеет различные варианты исполнения и функции. Данное оборудование применяется для:

  • Добычи цветных металлов (магний, алюминий).
  • Получения химических элементов (разложение воды на кислород и водород, получение хлора).
  • Очистки сточных вод (обессоливание, обеззараживание, дезинфекция от ионов металлов).
  • Обработки различных продуктов (деминерализация молока, посол мяса, электроактивация пищевых жидкостей, извлечение нитратов и нитритов из овощных продуктов, извлечения белка из водорослей, грибов и рыбных отходов).

В медицине установки используются в интенсивной терапии для детоксикации организма человека, то есть для создания растворов гипохлорита натрия высокой чистоты. Для этого используется устройство проточного вида с электродами из титана.

Электролизные и электродиализные установки нашли широкое применение для решения экологических проблем и опреснения воды. Но эти агрегаты в виду их недостатков используются редко: это сложность конструкции и их эксплуатации, необходимость трехфазного тока и требования периодической замены электродов из-за их растворения.

Подобные установки находят применение и в быту, к примеру, для получения «живой» воды, а также ее очистки. В будущем возможно создание миниатюрных установок, которые будут использоваться в автомобилях для безопасного получения водорода из воды. Водород станет источником энергии, а машину можно будет заправлять обычной водой.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/elektrolizer/

Электролиз • ru.knowledgr.com

электролиз что это такое

В химии и производстве, электролиз — метод использования прямого электрического тока (DC), чтобы стимулировать иначе ненепосредственную химическую реакцию. Электролиз коммерчески очень важен как стадия в разделении элементов из естественных источников, таких как руды, используя гальванический элемент. Напряжение, которое необходимо для электролиза, чтобы произойти, называют потенциалом разложения.

История

Электролиз слова прибывает из греческого «янтаря» и «роспуска».

  • 1785 – Электростатический генератор Мартинуса ван Марума использовался, чтобы уменьшить олово, цинк и сурьму от их солей, используя электролиз.
  • 1800 – Уильям Николсон и Энтони Карлайл (рассматривают также Йохана Риттера), анализируемая вода в водород и кислород.
  • 1807 – Калий, натрий, барий, кальций и магний были обнаружены сэром Хумфри Дэйви, использующим электролиз.
  • 1833 – Майкл Фарадей развивает свои два закона электролиза и обеспечивает математическое объяснение его законов.
  • 1875 – Поль Эмиль Лекок де Буасбодран обнаружил галлий, используя электролиз.
  • 1886 – Фтор был обнаружен Анри Муассаном, использующим электролиз.
  • 1886 – Процесс зала-Héroult развился для того, чтобы сделать алюминий
  • 1890 – Процесс Castner-Kellner развился для того, чтобы сделать гидроокись натрия

Обзор

Электролиз — проход прямого электрического тока через ионное вещество, которое является или литым или расторгнуто в подходящем растворителе, приводящем к химическим реакциям в электродах и разделении материалов.

Главные компоненты, требуемые достигнуть электролиза:

  • Электролит: вещество, часто проводящий ион полимер, содержащий свободные ионы, которые являются перевозчиками электрического тока в электролите. Если ионы не мобильны, как в твердой соли тогда не может произойти электролиз.
  • Поставка постоянного тока (DC): обеспечивает энергию, необходимую, чтобы создать или освободить от обязательств ионы в электролите. Электрический ток несут электроны во внешней схеме.
  • Два электрода: электрический проводник, который обеспечивает физический интерфейс между электрической схемой, обеспечивающей энергию и электролитом

Электроды металла, графита и материала полупроводника широко используются. Выбор подходящего электрода зависит от химической реактивности между электродом и электролитом и затратами на изготовление.

Процесс электролиза

Ключевой процесс электролиза — обмен атомами и ионами удалением или добавлением электронов от внешней схемы. Желаемые продукты электролиза часто находятся в различном физическом состоянии от электролита и могут быть удалены некоторыми физическими процессами. Например, в электролизе морской воды, чтобы произвести водород и хлор, продукты газообразные. Эти газообразные продукты пузырь от электролита и собраны.

:2 NaCl + 2 HO → 2 NaOH + H + статья

Жидкое, содержащее мобильные ионы (электролит), произведено:

  • Сольватация или реакция ионного состава с растворителем (таким как вода), чтобы произвести мобильные ионы
  • Ионный состав сплавлен, нагревшись

Электрический потенциал применен через пару электродов, погруженных в электролит.

Каждый электрод привлекает ионы, которые имеют противоположное обвинение. Положительно заряженные ионы (катионы) двигают обеспечивающий электрон (отрицательный) катод. Отрицательно заряженные ионы (анионы) двигают извлекающий электрон (положительный) анод.

Источник: http://ru.knowledgr.com/00025607/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7

Что такое электролиз в химии?

Для начала попробуем понять, что такое электролиз. Это химические реакции, которые протекают под воздействие электрического тока на электродах, которые помещены в расплав либо раствор электролита.

Некоторые теоретические понятия

Электролитом называют вещество, которое проводит ток. Электроды бывают двух видов. Катод представляет собой заряженный отрицательно электрод, на нем происходит реакция восстановления.

Анодом называют положительно заряженный электрод, где осуществляется восстановление.

Электролиз растворов используется в разных отраслях современной промышленности. В химической отрасли с помощью данного процесса получают хлор, щелочи, перхлораты, хлораты, персульфаты, органические вещества, перманганат калия, надсерную кислоту, фтор, кислород, водород, иные ценные продукты.

В цветной металлургии электролиз расплавов применяют для извлечения чистого металла из руд. Металлы, которые нельзя выделять из-за высокого отрицательного потенциала из водных растворов, в цветной металлургии получают электролизом расплавов. Среди металлов, которые получают путем электролиза так называемых расплавленных сред, отметим магний, алюминий, уран, бериллий, цирконий.

Электролиз используют в машиностроении, электронной промышленности, радиотехнике, полиграфии, чтобы наносить тонкие металлические покрытия на изделия, защищая их от коррозии, увеличивая износостойкость, повышая жаропрочность.

Что такое электролиз? Это одно из важнейших направлений в электрохимии. Зародилась наука на рубеже 18-19 веков. Именно в тот период были проведены опыты итальянским физиологом Л. Гальвани и физиком А. Вольтом.

В конце 18 века появились первые химические источники тока. В начале 20 века электрохимия начала заниматься изучением электрохимических процессов.

Экспериментальным путем было установлено, что электрический ток, проходя через водные растворы солей, вызывает химические превращения, приводящие к образованию новых соединений.

Рассуждая над тем, что такое электролиз, отметим, что он является сложной совокупностью процессов: миграции ионов, диффузии, электрохимических реакций разряда ионов, вторичных химических реакций продуктов электролиза друг с другом.

Говоря о том, что такое электролиз, необходимо остановиться на классификации электролитических процессов. Их делят на:

  • получение неорганических соединений (хлора, кислорода, водорода);
  • образование металлов (магния, меди, алюминия, калия, натрия, бериллия, серебра, меди);
  • получение металлических и гальванических покрытий;
  • азотирование, электрическая полировка, борирование поверхности металла;
  • нанесение с помощью электрофореза пленок;
  • обессоливание и электродиализ воды;
  • производство разнообразных органических веществ.

Эксперименты с электролизом

Как составить уравнение электролиза? Данный процесс протекает в электролитах. Можно соединить с двумя угольными электродами провода, которые идут от осветительной сети.

В один из них включить электрическую лампу, которая станет подтверждением присутствия в цепи электрического тока. Свободные концы электродов можно разместить в сухой поваренной соли либо безводной серной кислоте.

Лампа не горит, поскольку вещества не способны проводить электрический ток, и цепь остается разомкнутой. Аналогичный результат наблюдается и в том случае, когда электроды погружаются в стакан с дистиллированной водой.

При растворении в воде небольшого количества поваренной соли, щелочи, кислоты наблюдается яркое свечение лампы.

При опускании в раствор глицерина либо сахара электродов лампа также перестает светиться.

Данный эксперимент, безусловно, подтверждает проводимость солями, основаниями, растворами кислот электрического тока.

При прохождении электрического тока через растворы либо расплавы наблюдаются химические изменения, которые выражаются в выделении продуктов разложения растворителя либо растворенного вещества.

В ходе экспериментальных наблюдений было отмечено, что электролиз водного раствора хлорида натрия приводит к образованию на катоде водорода, выделению газообразного хлора на аноде. Как математически описать данный процесс? Электролиз натрия хлористого происходит в расплаве, приводит к появлению на катоде чистого щелочного металла, а на аноде – газообразного хлора.

и хлоридом магния

После прохождения эклектического тока через расплав хлорида магния, наблюдается появление катионов магния и анионов хлора.

На катоде наблюдается восстановление катионов магния до чистого металла, Анионы хлора, направляющиеся к аноду, отдают электроны, происходит процесс окисления. Электролиз хлорида магния можно записать суммарным уравнением:

MgCl2 = Mg + Cl2

Особенности электролиза в растворах

Важно учитывать тот факт, что, помимо ионов электролита, есть также в растворе и продукты диссоциации воды: катионы водорода и анионы гидроксильной группы. Именно поэтому у катода возможна разрядка и катиона электролита, и протона водорода. У анода осуществляется разрядка гидроксильных ионов и анионов электролита.

Также молекулы воды вполне могут подвергаться электрохимическому восстановлению или окислению.

При тщательном рассмотрении катодных процессов, которые протекают в ходе электролиза водного раствора, важно учитывать величину потенциала восстановления протонов водорода. Он зависит от концентрации катионов водорода, имеющего значение -0, 41 В.

Если в растворе электролита присутствует металл, у которого электродный потенциал имеет более положительное значение, следовательно, у катода в рамках электролиза будет наблюдаться его восстановление.

Это утверждение относится к тем металлам, которые в электрохимическом ряду напряжений Бекетова располагаются вблизи водорода. При более отрицательном значении электродного потенциала, чем у катионов водорода, металл не будет восстанавливаться на катоде.

В таких случаях на данном электроде скапливается водород.

При значении потенциала металла, сходном с показателем -0,41 В, допустимо одновременное образование на катоде как водорода, так и чистого металла .

На характер катодного процесса в случае электролиза раствора соли (щелочи) влияет расположение металла в ряду электрохимических напряжений металлов Бекетова.

При анализе процессов, протекающих на аноде, необходимо учитывать тот факт, что возможно окисление материала анода. Именно поэтому в электрохимии выделят инертный анод, а также электрод, состоящий их активного анода.

Инертным является тот анод, у которого в рамках протекающего электролиза материал не подвергается окислению. Активным считают анод, способный окисляться в ходе электролиза.

Для инертных анодов выбирают платину, уголь, графит. Именно этот вариант рассматривается в школьном курсе химии.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как выбрать микроволновую печь

Начнем с особенностей протекания электролиза в растворе хлорида меди (2). Так как данный металл в электрохимическом ряду активности металлов располагается правее водорода, на катоде происходит образование металлической меди. В анодном пространстве разряжаются хлорид-ионы, образуя газообразный хлор. Схему процесса представим в следующем виде:

  • Катод: Cu2+ 2e = Cu.
  • Анод: 2Cl—2 e = Cl2.

Суммарное уравнение:

Как выглядит электролиз водного раствора сульфата натрия? Так как натрий располагается в ряду активности металлов левее водорода, то на катоде наблюдается образование молекулярного водорода. Кроме того, в прикатодном пространстве накапливаются гидроксид-ионы.

У анода происходит выделение газообразного кислорода, а вблизи данного электрода скапливаются гидроксид-ионы.

Так как в растворе остаются катионы натрия и сульфат-ионы, данная часть раствора остается электрически нейтральной. Схему такого электролиза можно представить в следующем виде:

  • 2Na2SO4 + 6H2O = 4NaOH + 2H2SO4 + O2 + 2H2

Результативность данной химической реакции оценивается несколькими факторами, среди которых можно отметить: напряжение, силу тока, выход по току, коэффициент полезного действия, расход электрической энергии на единицу образующегося продукта, плотность тока.

Сила тока характеризует производительность электролизера. И чем она выше, тем большее количество продукта образуется на электродах.

Выход по току позволяет учитывать результативность применения количества электрического тока, пропущенного через электролизер.

Источник: https://www.nastroy.net/post/chto-takoe-elektroliz-v-himii

Схема электролизера: правила изготовления устройства своими руками

Электролизер — устройство, которое применяется в производственной сфере, например, для получения определенных веществ. Однако из-за роста цены топлива и увеличения тарифов на газ ситуация в нашей стране кардинально изменилась, и теперь электролиз широко используется в домашних условиях.

В качестве примера может выступать схема электролизера для бассейна или плазменный сварочный аппарат.

Характеристики устройства

Как известно из школьного курса химии, электролиз — это процесс, при котором на электродах выделяются составные элементы растворенных веществ. Для успешного протекания такого процесса требуется источник тока, а аппарат электролизер как раз и предназначен для того, чтобы с его помощью осуществлялся этот самый процесс.

Устройство электролизер представляет собой емкость, наполненную специальным веществом — электролитом. Также в эту емкость помещено не менее двух электродов.

характеристика устройства — производительность. Именно ее обозначают цифры, которые используются в названиях моделей. Например, если сравнить две модели — «СЭУ 20» и «СЭУ 40», то по одному только названию станет понятно, что последняя является более мощной. Числа в этом случае обозначают выработку водорода. Число «20» означает, что устройство способно выработать 20 куб. метров водорода за час.

Есть у электролизеров и другие характеристики, которые обычно зависят от типа устройства, а также от области его применения.

Например, при осуществлении электролиза воды на коэффициент полезного действия оказывают влияние:

  • напряжение в электродах;
  • расстояние между электродами;
  • размеры этих электродов;
  • концентрация электролита;
  • химические и физические свойства использующегося для изготовления электродов материала;
  • наличие или отсутствие ускоряющих процесс элементов.

Принцип работы

Электролизер работает следующим образом: к источнику постоянного тока подключены электроды, которые опущены в емкость с водным раствором электролита. Проходящий ток должен иметь напряжение, которое превышает точку разложения трехатомных молекул воды.

Через некоторое время на одном из электродов образуется кислород, а на другом — водород. Так как количество молекул водорода в воде ровно в 2,5 больше, чем количество молекул кислорода, то водорода выделяется в 2 раза больше. Именно так работает простейший электролизер.

Разновидности приборов

Электролизеры могут применяться не только в промышленной сфере, но и в домашнем быту. Водород, который они вырабатывают, может быть превращен в топливо и использоваться для обогащения бензо-воздушной смеси, увеличивая тем самым производительность двигателя автомобиля.

Существует несколько разновидностей электролизеров, которые отличаются друг от друга конструктивными особенностями.

Сухие устройства

Используя их, можно изменять количество ячеек. Подключать устройство следует к источнику тока, напряжение которого превышает наименьший электродный потенциал.

Проточные электролизеры

Такая конструкция состоит из емкости с электродами, которая доверху наполнена раствором. Другой крупный элемент такого прибора — бак, в котором также содержится раствор, но остается еще пустое место сверху. Обе емкости соединены друг с другом парой труб.

Работает проточный электролизер следующим образом: в емкости, где нет свободного пространства, под воздействием электротока в электродах происходит электрохимическая реакция. Образующийся при этом газ вместе с электролитом через одну из труб проходит во вторую емкость. Там он отделяется от электролитного раствора и выходит через специальный клапан, расположенный в верхней части бака. Электролит, лишенный газа, через вторую трубу снова возвращается в ванну с электродами.

Этот процесс повторяется многократно до тех пор, пока не будет получен необходимый объем газа: пока прибор не будет отключен от сети.

Мембранные приборы

Относятся к числу распространенных разновидностей электролизеров. В основе их работы лежит применение мембраны: то есть не жидкого электролита, а твердого.

Причем мембрана выполняет сразу две функции:

  1. Она переносит микрочастицы.
  2. Разделяет электроды и продукты электрохимической реакции.

Простейший диафрагменный электролиз

В том случае, когда нельзя допускать диффузию между электродными камерами, применяется пористая диафрагма, в качестве которой может выступать стекло, асбест или керамика. Иногда могут быть использованы стекловата или полимерные волокна. Соответственно, снабженные этим элементом приборы называются диафрагменными.

Состоит из шести основных элементов:

  • двух трубок (одна из которых предназначена для выхода кислорода, а другая — для выхода водорода);
  • катода;
  • анода;
  • U-образной емкости;
  • самой диафрагмы, которая располагается в нижней части сосуда.

Щелочные типы

Разновидность электролизеров, к которой можно отнести большую часть таких приборов. Почти в каждом из них в роли катализатора выступает концентрированный раствор щелочи.

Не рекомендуется использовать соль, поскольку в этом случае будет выделяться хлор. Лучше всего применять гидроксид натрия, так как он не разъедает электрод.

Процесс самостоятельного изготовления

Перед тем как сделать электролизер своими руками, необходимо подготовить нужные материалы и инструменты, а также прорисовать будущее устройство на схеме.

Для этого потребуются:

  • кусок стального листа (сталь должна быть нержавеющая);
  • прозрачная трубка;
  • пластиковый контейнер объемом 1,5 л;
  • клапан для воды;
  • фильтр для ее очистки;
  • штуцеры;
  • шайбы;
  • болты;
  • гайки.

Работы начинаются с замеров площади стального листа. После, посредством болгарки необходимо разделить его на 16 квадратов равной площади. В каждом из полученных квадратов нужно спилить один из углов. В другом углу, который расположен напротив спиленного, сделать отверстие, в которое будет вставляться болт для скрепления с другими пластинами.

Поскольку при работе готового устройства ток должен идти от одной пластине к другой, нужно сделать так, чтобы на одной пластине скапливался отрицательный заряд, а на другой — положительный. Подключаться они должны по очереди: положительная, отрицательная, положительная, отрицательная и так далее. Так увеличивается сила тока.

Соединение пластин осуществляется посредством болтов и шайб. 8 пластин должны иметь положительный заряд и 8 — отрицательный. Если работа будет выполнена правильно, то спилы пластин не должны касаться электродов. Для того чтобы пластины не контактировали друг с другом, необходимо использовать трубку.

Готовая конструкция из 16 пластин помещается в пластиковую емкость для того, чтобы определить, в каком месте должны быть проделаны отверстия. Если так получится, что болты не поместятся в контейнере, то их следует укоротить и затянуть гайками, чтобы добиться герметичности.

Далее можно проделать отверстие в крышке и вставить туда несколько штуцеров. Образовавшиеся швы необходимо замазать силиконовым герметиком.

Подключать пластины рекомендуется так: крайние — к минусу, а та, которая посередине — к плюсу. От площади пластин, а также от силы тока напрямую завит объем выделяющегося газа. Защитный клапан нужен для того, чтобы в приборе не накопилось много газа.

После того как прибор будет полностью собран, его необходимо проверить. Для этого он подключается к источнику тока. В его емкость наливается вода до того уровня, на котором расположены болты. Затем нужно закрыть крышку, присоединить к штуцеру трубку и опустить ее в воду. Если ток слабый, то это сразу будет заметно.

Чтобы повысить эффективность прибора, необходимо вместо воды налить в емкость раствор щелочи. Сама по себе простая вода является не очень хорошим проводником электричества, поскольку в ней отсутствуют соли и примеси, но если добавить в воду щелочь, ее способность проводить ток сразу же улучшится. Для получения качественного электролита, состоящего из воды и щелочи, можно взять гидроксид натрия. Это вещество обычно присутствует в средствах для очистки труб.

Несмотря на то, что простейший электролизер состоит из небольшого количества элементов, можно попытаться изготовить множество разновидностей таких приборов. Для этого необязательно обращаться за помощью к профессионалам.

Источник: https://220v.guru/samodelki/shema-elektrolizera-kak-sdelat-pribor-svoimi-rukami.html

Что такое электролизер, его принцип работы, конструкция и виды — Электрик

› База знаний ›

12.02.2019

Вопрос о том, что такое электролиз, рассматривается еще в школьном курсе физике, и для большинства людей не является секретом. Другое дело – его важность и практическое применение. Этот процесс с большой пользой используется в различных отраслях и может пригодиться для домашнего мастера.

Что такое электролиз?

Электролиз представляет собой комплекс специфических процессов в системе электродов и электролита при протекании по ней постоянного электрического тока.

Его механизм основывается на возникновении ионного тока. Электролит – это проводник 2-го типа (ионная проводимость), в котором происходит электролитическая диссоциация.

Она связана с разложением на ионы с положительным (катион) и отрицательным (анион) зарядом.

Электролизная система обязательно содержит положительный (анод) и отрицательный (катод) электрод. При подаче постоянного электрического тока катионы начинают двигаться к катоду, а анионы – к аноду.

Катионами в основном являются ионы металлов и водород, а анионами – кислород, хлор. На катоде катионы присоединяют к себе избыточные электроны, что обеспечивает протекание восстановительной реакции Men+ + ne → Me (где n – валентность металла).

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как рассчитать шунт для амперметра

На аноде, наоборот, электрон отдается из аниона с протеканием окислительной реакции.

Таким образом, в системе обеспечивается окислительно-восстановительный процесс. Важно учитывать, что для его протекания необходима соответствующая энергия. Ее должен обеспечить внешний источник тока.

Законы электролиза Фарадея

Великий физик М.Фарадей своими исследованиями позволил не только понять природу электролиза, но и производить необходимые расчеты для его осуществления. В 1832 г. появились его законы, связавшие основные параметры происходящих процессов.

Первый закон

Первый закон Фарадея гласит, что масса восстанавливающегося на аноде вещества прямо пропорциональна электрическому заряду, наведенному в электролите: m = kq = k*I*t, где q – заряд, k – коэффициент или электрохимический эквивалент вещества, I – сила тока, протекающего через электролит, t – время прохождения тока.

Второй закон

Второй закон Фарадея позволил определить коэффициент пропорциональности k. Он звучит следующим образом: электрохимический эквивалент любого вещества прямо пропорционален его молярной массе и обратно пропорционален валентности. Закон выражается в виде:

k = 1/F*A/z, где F – постоянная Фарадея, А- молярная масса вещества, z – его химическая валентность.

С учетом обоих законов можно вывести окончательную формулу для расчета массы, оседающего на электроде вещества: m = A*I*t/(n*F), где n – количество электронов, участвующих в электролизе. Обычно n соответствует заряду иона. С практической точки зрения важна связь массы вещества с подаваемым током, что позволяет контролировать процесс, изменяя его силу.

  Как подключить и настроить интернет на телевизоре?

Электролиз расплавов

Один из вариантов электролиза – использование в качестве электролита расплав. В этом случае в электролизном процессе участвуют только ионы расплава. В качестве классического примера можно привести электролиз солевого расплава NaCl (поваренная соль).

К аноду устремляются отрицательные ионы, а значит, выделяется газ (Cl). На катоде будет происходить восстановление металла, т.е. оседание чистого Na, образующегося из положительных ионов, притянувших избыточные электроны. Аналогично можно получать другие металлы (К, Са, Li и т.д.

) из расправа соответствующих солей.

При электролизе в расплаве электроды не подвергаются растворению, а участвуют только в качестве источника тока. При их изготовлении можно использовать металл, графит, некоторые полупроводники. Важно, чтобы материал имел достаточную проводимость. Один из наиболее распространенных материалов – медь.

Электролиз в газах

Газ может исполнить роль электролита только при наличии ионизатора. В этом случае ток, проходя через ионизированную среду, вызывает необходимый процесс на электродах. При этом законы Фарадея не распространяются на газовый электролиз. Для его осуществления необходимы такие условия:

  1. Без искусственной ионизации газа не поможет ни высокое напряжение, ни большой ток.
  2. Для электролиза подходят лишь кислоты, не содержащие кислорода и находящиеся в газообразном состоянии, и некоторые газы.

Важно! При выполнении необходимых условий процесс протекает аналогично электролизу в жидком электролите.

Особенности процессов, происходящих на катоде и аноде

Для практического применения электролиза важно понимать, что происходит на обоих электродах при подаче электрического тока. Характерны такие процессы:

  1. Катод. К нему устремляются положительно заряженные ионы. Здесь происходит восстановление металлов или выделение водорода. Можно выделить несколько категорий металлов по катионной активности. Такие металлы, как Li, K, Ba, St, Ca, Na, Mg, Be, Al, хорошо восстанавливаются только из расплава солей. Если используется раствор, то выделяется водород за счет электролиза воды. Можно обеспечить восстановление в растворе, но при достаточной концентрации катионов, у следующих металлов – Mn, Cr, Zn, Fe, Cd, Ni, Ti, Co, Mo, Sn, Pb. Процесс протекает наиболее легко для Ag, Cu, Bi, Pt, Au, Hg.
  2. Анод. К этому электроду поступают отрицательно заряженные ионы. Окисляясь, они отбирают электроны у металла, что приводит к их анодному растворению, т.е. переходу в положительно заряженные ионы, которые направляются к катоду. Анионы также подразделяются по своей активности. Только из расплавов могут разряжаться такие анионы PO4, CO3, SO4, NO3, NO2, ClO4, F. В водных растворах электролизу подвергаются не они, а вода с выделением кислорода. Наиболее легко реагируют такие анионы, как ОН, Cl, I, S, Br.

При обеспечении электролиза важно учитывать склонность материала электродов к окислению. В этом отношении выделяются инертные и активные аноды. Инертные электроды делаются из графита, угля или платины и не участвуют в снабжении ионами.

Факторы, влияющие на процесс электролиза

Процесс электролиза зависит от следующих факторов:

  1. Состав электролита. Значительное влияние оказывают различные примеси. Они подразделяются на 3 типа – катионы, анионы и органика. Вещества могут быть более или менее отрицательными, чем основной металл, что и мешает процессу. Среди органических примесей выделяются загрязнители (например масла) и ПАВ. Их концентрация имеет предельно допустимые значения.
  2. Плотность тока. В соответствии с законами Фарадея, масса осаждаемого вещества увеличивается с увеличением силы тока. Однако возникают неблагоприятные обстоятельства – концентрированная поляризация, повышенное напряжение, интенсивный разогрев электролита. С учетом этого существуют оптимальные значения плотности тока для каждого конкретного случая.
  3. рН электролита. Кислотность среды также выбирается с учетом металлов. Например оптимальное значение кислотности электролита для цинка – 140 г/куб.дм.
  4. Температура электролита. Она влияет неоднозначно. С увеличением температуры растет скорость электролиза, но повышается и активность примесей. Для каждого процесса есть оптимальная температура. Обычно она находится в пределах 38-45 градусов.

Важно! Электролиз можно ускорить или замедлить путем различных воздействий и выбора состава электролита. Для каждого варианта применения существует свой режим, который следует строго соблюдать.

Где применяется электролиз?

Электролиз применяется во многих сферах. Можно выделить несколько основных направлений использования для получения практических результатов.

Гальваническое покрытие

Тонкое, прочное гальваническое покрытие из металла можно наложить путем электролиза. Покрываемое изделие устанавливается в ванну в виде катода, а электролит содержит соль нужного металла. Так можно покрыть сталь цинком, хромом или оловом.

  Как правильно выбрать аккумулятор для автомобиля?

Электроочистка – рафинирование меди

Примером электроочистки может служить такой вариант: катод – чистая медь, анод – медь с примесями, электролит – водный раствор медного сульфата. Медь из анода переходит в ионы и оседает в катоде уже без примесей.

Добыча металлов

Для получения металлов из солей они переводятся в расплав, а затем обеспечивается электролиз в нем. Достаточно эффективен такой способ для получения алюминия из бокситов, натрия и калия.

Анодирование

При этом процессе покрытие выполняется из неметаллических соединений. Классический пример – анодирование алюминия. Алюминиевая деталь устанавливается, как анод. Электролит – раствор серной кислоты.

В результате электролиза на аноде оседает слой из оксида алюминия, обладающего защитными и декоративными свойствами. Указанные технологии широко используются в различных отраслях промышленности.

Можно осуществить процессы и своими руками с соблюдением техники безопасности.

Энергетические затраты

Электролиз требует больших энергетических затрат. Процесс будет иметь практическую ценность при достаточной величине анодного тока, а для этого необходимо приложить значительный постоянный ток от источника электроэнергии.

Кроме того, при его проведении возникают побочные потери напряжения – анодное и катодное перенапряжение, потери в электролите за счет его сопротивления.

Эффективность работы установки определяется путем отнесения мощности энергозатрат к единице полезной массы полученного вещества.

Электролиз давно и с высокой эффективностью используется в промышленности. Анодированные и гальванические покрытия стали обычным явлением в повседневной жизни, а добыча и обогащение материалов помогает добывать многие металлы из руды. Процесс можно запланировать и рассчитать, зная основные его закономерности.

Что такое электролиз и где он применяется? Ссылка на основную публикацию

Источник: https://orensbyt.ru/avtomatizatsiya/chto-takoe-elektrolizer-ego-printsip-raboty-konstruktsiya-i-vidy.html

Электролиз воды — Применение электролиза воды

Электролиз воды – это хорошо известный  для всех кто дружит с техникой процесс электролиза, у которого в качестве электролита используется вода.

Впрочем, необходимо отметить, что вода при электролизе присутствует всегда. Вначале рассмотрим, что же представляет из себя процесс электролиза в общем.

Электролиз

Электролиз – это электрохимический процесс, который осуществляется через размещение в электролите двух электродов и подключении к ним постоянного тока.

Электролитами называются жидкие проводники, которые относятся к проводникам второго типа. Под жидкими проводниками понимаются жидкости / растворы обладающие электропроводностью.

Для справки добавим, что сосуды, в которые наливаются электролиты, называются гальваническими ваннами.

В ходе процесса электролиза, ионы под воздействием электромагнитного поля, образуемого в электролите постоянным электрическим током, начинают движение к электродам.

Ионы с положительным зарядом, в соответствии с законами физики, двигаются к электроду с отрицательным зарядом, который называется КАТОДОМ, а отрицательно заряженные ионы соответственно перемещаются к другому электроду, называемому АНОДОМ.

Электролиз сопровождается выделением на электродах веществ, что указывает на движение в электролитах атомов. Например, как правило, металлы и водород выделяются на КАТОДЕ.

На прохождение процесса электролиза влияет несколько факторов:

  • сила тока, подключаемого к электродам;
  • потенциал ионов;
  • состав электролита;
  • материал, из которого изготовлены электроды — КАТОД и АНОД.

Электролиз воды

Как мы уже отмечали выше, электролиз воды подразумевает использование в качестве электролита воды.

Как правило, при электролизе воды, для лучшего прохождения процесса, в воду добавляют немного какого либо вещества, например пищевой соды, но не обязательно, поскольку обычная вода практически всегда уже содержит примеси.

В результате электролиза воды выделяются водород и кислород. Кислород будет выделяться на АНОДЕ, а водород на КАТОДЕ.

Применение электролиза воды

Технология электролиза воды применяется:

  • в системах очистки воды от всевозможных примесей;
  • для получения водорода. Водород же, например, используют в весьма перспективной отрасли — водородной энергетике. Про это мы более детально уже писали в нашем материале Энергия воды – энергия плюс, вода минус.

Как мы видим, электролиз воды, несмотря на кажущуюся свою простоту, применяется в весьма важных областях — в областях от которых зависит развитие и процветание всей нашей цивилизации.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
ЭлектроМастер
Что такое магнитный пускатель

Закрыть