Aplicatiile Electrolizei

Paler Alexandru

clasa a XII-a A

1. Ce este electroliza?

Inainte de anul 1880, energia electrica avea o utilizare foarte lim 21421x2310v itata in industria chim 21421x2310v ica, cu toate ca prim 21421x2310v ele cercetari de laborator in dom 21421x2310v eniul electrochim 21421x2310v iei dateaza inca de la inceputul secolului al    XIX-lea . Dezvoltarea larga a electrochim 21421x2310v iei industriale a inceput abia dupa inventarea si perfectionarea dinam 21421x2310v ului. Un rol im 21421x2310v portant in dezvoltarea electrochim 21421x2310v iei ii revine lui M. Faraday care a form 21421x2310v ulat legile fundam 21421x2310v entale ale electrolizei.

Producerea diferitelor fenom 21421x2310v ene chim 21421x2310v ice sub actiunea curentului electric la suprafata de contact electrolit-electrod m 21421x2310v etalic constituie fenom 21421x2310v enul de electroliza. Acesta poate fi definit dupa Faraday ca o descom 21421x2310v punere  perm 21421x2310v anenta a unei substante sub actiunea curentului electric, caz in care ionii solutiei se vor dirija spre electrodul cu incarcarea electrica opusa celei pe care o iau ionii, unde se depun.

Procesele de electroliza se supun legilor lui Faraday, redate prin expresia:

m 21421x2310v = K * I * t,

unde

Fenom 21421x2310v enul de electroliza este com 21421x2310v plicat si depinde de o serie de factori fizici si chim 21421x2310v ici, a caror actiune a im 21421x2310v pus clarificarea a insasi m 21421x2310v odului prin care se face disocierea unui electrolit sub actiunea curentului electric. Fenom 21421x2310v enul consta in m 21421x2310v igratia ionilor pozitivi catre catod si a ionilor negativi spre anod, cat si in neutralizarea acestora. Astfel, la electrozi, ionii capteaza, respectiv cedeaza electroni, transform 21421x2310v andu-se in atom 21421x2310v i neutri sau grupe de atom 21421x2310v i. Acestia se pot depune ca atare pe electrod sau pot reactiona; cu m 21421x2310v oleculele dizolvantului, cu electrodul, sau intre ei. Se form 21421x2310v eaza astfel produsi secundari ai electrolizei. De fapt, procesele la electrozi, avand loc cu transfer de electroni sunt transform 21421x2310v ari redox.

2. Aplicatiile electrolizei

Industriile electrochim 21421x2310v ice reprezinta o ram 21421x2310v ura cu aplicatii im 21421x2310v portante pentru econom 21421x2310v ia nationala. Aplicarea electrochim 21421x2310v iei perm 21421x2310v ite sa se obtina cantitai m 21421x2310v ari de produse im 21421x2310v portante, cum 21421x2310v sunt: hidrogenul, oxigenul, clorul, hidroxizii alcalini, peoxizii, oxiclorurile etc.

Prin electroliza substantelor topite se obtin: sodiu, calciu, m 21421x2310v agneziu, alum 21421x2310v iniu si alte m 21421x2310v etale. Datorita m 21421x2310v etodelor eletrochim 21421x2310v ice s-a reusit sa se realizeze pe scara indsutriala obtinerea unor m 21421x2310v etale ca: bariu, cesiu, litiu etc.

2.1 Obtinerea m 21421x2310v etalelor si nem 21421x2310v etalelor

Metalele din grupele I, a II-a si a III-a principala se obtin industrial prin electroliza topiturilor. Beriliul m 21421x2310v etalic se obtine prin electroliza unui am 21421x2310v estec topit de BeF si o fluorura alcalina iar strontiul, un alt m 21421x2310v etal al grupei a II-a se obtine sim 21421x2310v ilar cu calciul.

Cu toate ca prin aceste procese electrochim 21421x2310v ice se consum 21421x2310v a m 21421x2310v ari cantitati de energie electrica, ele sunt utiliate pe scara larga intrucat perm 21421x2310v it obtinerea m 21421x2310v etalelor pure necesare in tehnica. Procedeele electrochim 21421x2310v ice sunt singurele care fac posibila obtinerea m 21421x2310v etalelor cu potential de oxidare m 21421x2310v are.

Obtinerea alum 21421x2310v iniului este un proces tehnologic com 21421x2310v plex care cuprinde doua etape distincte: obtinerea alum 21421x2310v inei din bauxita si electroliza oxidului de alum 21421x2310v iniu.

Nem 21421x2310v etalul care se obtine pe calea electrolizei este fluorul. Pentru electroliza se utilizeaza un am 21421x2310v estec de fluorura de potasiu si acid fluorhidric. Tem 21421x2310v peratura la care se efectueaza electroliza se stabileste in functie de com 21421x2310v pozitia electrolitului.

Obtinerea alum 21421x2310v iniului a fost un dar binevenit. Pana catre sfarsitul secolului al XIX, alum 21421x2310v iniul a fost un m 21421x2310v etal m 21421x2310v ai rar. Doar cei foarte bogati isi perm 21421x2310v iteau sa detina obiecte din alum 21421x2310v iniu. Charles M. Hall, in varsta de 21 de  ani, student la Oberlin, a incercat sa descopere m 21421x2310v etode ieftine de obtinere ale acestui m 21421x2310v etal. Greutatile pe care le-a infruntat au fost legate de faptul ca alum 21421x2310v iniul este foarte reactiv si era greu sa-l obtina prin reactii chim 21421x2310v ice obisnuite. Eforturile de a produce alum 21421x2310v iniu prin electroliza au fost neroditoare, deoarece sarurile sale anhidre erau greu de preparat, iar oxidul Al O , avea un puncte de topire > 2000 , astfel incat, nu exista nici o m 21421x2310v etoda practica de al topit. In 1886 Hall a descoperit ca Al O dizolva un m 21421x2310v ineral num 21421x2310v ir criolit, Na AlF , rezultand un am 21421x2310v estec, cu un punct de topire relativ m 21421x2310v ic, din care alum 21421x2310v iniul putea fi obtinut prin electroliza.

Diagram 21421x2310v a de functionare a acestui proces este redata m 21421x2310v ai jos. Bauxita contine Al O Bauxita este purificata, iar Al O este apoi adaugat electrolitului de topitura de criolit, in care se dizolva si apoi se disociaza. La catod, ionii de alum 21421x2310v iniu se reduc si se obtine m 21421x2310v etalul care form 21421x2310v eaza un strat sub electrolitul m 21421x2310v ai putin dens. La anodul de carbon, ionul oxid este oxidat rezultand O

Al³⁺ + 3e^- ---> Al(l) (catod)

2 O^2- ---> O₂(g) + 4e^- (anod)

4 Al³⁺ + 6 O^2- ---> 4 Al(l) + 3 O₂(g)

Oxigenul produs la anod ataca electrodul de carbon, producand CO , astfel electrodul trebuind schim 21421x2310v bat frecvent.

2.2 Metoda de purificare a m 21421x2310v etalelor

Una din aplicatiile electrolizei cu anozi activi (care se consum 21421x2310v a in decursul electrolizei) este electrorafinarea. Aceasta m 21421x2310v etoda este utilizata in procesul de obtinere a cuprului de m 21421x2310v are puritate si pentru recuperarea m 21421x2310v etalelor pretioase. De fapt, rafinarea electrolitica reprezinta ultim 21421x2310v a etapa in m 21421x2310v etalurgia cuprului. Electroliza cuprului are loc astfel:

In baia de electroliza ce contine ca electrolit o solutie acidulata de CuSO se introduc o serie de placi groase de cupru im 21421x2310v pur si se leaga de anodul sursei de curent. Intre placile anodice se intercaleaza placi subtiri de cupru pur, legate la polul negativ al sursei de curent. In aceste conditii trec in solutie din placile anodice num 21421x2310v ai ionii de cupru si ionii im 21421x2310v puritatilor m 21421x2310v etalice, care se gasesc in seria tensiunilor electrochim 21421x2310v ice inaintea cuprului. La catod se descarca num 21421x2310v ai ionii de cupru, potentialul de descarcare al celorlalti fiind m 21421x2310v ai ridicat, acestia ram 21421x2310v an in solutie. Celelalte im 21421x2310v puritati cu potentialul m 21421x2310v ai electropozitiv, aflate in placile anodice de cupru se acum 21421x2310v uleaza prin depunere pe fundul baii de electroliza, form 21421x2310v and asa-num 21421x2310v itul nam 21421x2310v ol anodic care constituie la randul sau o sursa pentru obtinerea acestor elem 21421x2310v ente.

La anod :  Cu ---> Cu²⁺ + 2e^- La catod:  Cu²⁺ + 2e^-  ---> Cu Reactia totala: Cu²⁺ + Cu ---> Cu ---> Cu²⁺

2.3 Metoda de obtinere a unor substante com 21421x2310v puse

In prezent cea m 21421x2310v ai m 21421x2310v are cantitate din necesarul m 21421x2310v ondial de hidroxid de sodiu si de potasiu de obtine prin electroliza solutiilor apoase concentrate de clorura de sodiu, respectiv de potasiu. Exista doua procedee de a obtine substante com 21421x2310v puse: unul ce se num 21421x2310v este procedeul cu diafragm 21421x2310v a, deoarece in industrie spatiul catodic este separat de spatiul anodic printr-un perete poros denum 21421x2310v ir diafragm 21421x2310v a, si unul ce se num 21421x2310v este procedeul cu catod de m 21421x2310v ercur, care se foloseste pentru a avita reactiile secundare. Pe plan m 21421x2310v ondial se observa utilizarea cu prioritate a celulelor cu diafragm 21421x2310v a, pentru a evita poluarea m 21421x2310v ediului inconjurator cu m 21421x2310v ercur.

Pentru a obtine NaClO₃ Albchem 21421x2310v Industries Ltd. foloseste urm 21421x2310v atoarea tehnologie:

Din m 21421x2310v inele de sare ce se afla la 1800 m 21421x2310v adancim 21421x2310v e este pom 21421x2310v pata o solutie de NaCl. Ajunsa in fabrica aceasta solutie este curatata de im 21421x2310v puritati si i se elim 21421x2310v ina "taria" _. Calciul si m 21421x2310v agneziul sunt elim 21421x2310v inati pentru a preveni depunerile la catod, rezultand in pierderi electrice. Solutia astfel pregatita este gata pentru electroliza. Sectia de electroliza consta in 24 de vase si 72 de celule aranjate in serie. Cand sunt  conectate la tensiune, se form 21421x2310v eaza hidrogen gazos. Hidrogenul m 21421x2310v isca lichidul form 21421x2310v and astfel un circuit intre vas si celula. NaCl este transform 21421x2310v at in NaClO₃. Hidrogenul este elim 21421x2310v inat in atm 21421x2310v osfera. Ecuatia reactiei este:

NaCl + 3H₂O -> NaClO₃ + 3H₂

Lichidul concentrat continand NaClO₃ la o tem 21421x2310v peratura de 85 C este turnata intr-un vas unde are loc cristalizarea. Apoi cristalele sunt spalate din nou si NaClO₃ este depozitat fiind gata pentru livrare.

2.4 Electroplacarea

Consta in aplicarea unui start fin, ornam 21421x2310v ental si protector al unui m 21421x2310v etal pe altul. Este o tehnica com 21421x2310v una utilizata pentru a im 21421x2310v bunatati aparenta si durabilitatea unor obiecte m 21421x2310v etalice. De exem 21421x2310v plu aur si platina sunt aplicate pe bijuterii fabricate din m 21421x2310v ateriale ieftine. Grosim 21421x2310v ea acestor starturi variaza intre 0.03 si 0.05 m 21421x2310v m 21421x2310v .

Com 21421x2310v pozitia baii de electrolit variaza, si este des tinuta secret, dar de obicei ea depinde m 21421x2310v etal ce urm 21421x2310v eaza a fi depozitat, si poate afecta durabilitatea si caliatatea suprafetei. De exem 21421x2310v plu, argintul depus dintr-o solutie de nitrat de argint nu se lipeste prea bine de o suprafata m 21421x2310v etalica. Daca este depus dint-o solutie ce contine ioni de Ag(CN)₂^-, atunci el adera bine si capata si luciu. Alte m 21421x2310v etale ce sunt electroplacate in asem 21421x2310v enea bai sunt aurul si cadm 21421x2310v iul. Nichelul, ce poate si el fi folosit ca start protector, este placat dintr-o solutie de sulfat de nichel, iar crom 21421x2310v ul este placat dint-o solutie de H₂CrO₄.

Anum 21421x2310v iti m 21421x2310v onom 21421x2310v eri (stiren) sunt usor de folosit pentru a crea anioni organici. Acesti anioni pot polim 21421x2310v eriza intr-un proces num 21421x2310v it polim 21421x2310v erizare anionica. Se poate folosi un circuit electric pentru a porni acest proces, polim 21421x2310v erul localizandu-se la catod. Daca este gandit bine procesul, se poate utiliza la placarea organica a m 21421x2310v etalui. Acest proces a fost folosit pentru a vopsi m 21421x2310v asinile noi, avantajul constand ca el are loc in apa, nem 21421x2310v aifiind nevoie de spray-uri cu solventi organici volatili.

2.5 Alte aplicatii

Electroliza se m 21421x2310v ai utilizeaza in instrum 21421x2310v ente de m 21421x2310v asurare ale pH-ului. Aceste instrum 21421x2310v ente com 21421x2310v para pH solutiei cu cel al electrodului corespunzator.

O alta aplicatie este utilizarea electrolizei la elim 21421x2310v inarea parului nedorit de pe corp.  Elim 21421x2310v inarea parului are loc prin aplicarea unei tensiuni f. m 21421x2310v ici intr-o solutie de NaCl ce se afla la radacina parului. In urm 21421x2310v a electrolizei rezulta NaOH ce arde radacina parului, distrugand firul. Aceasta tehnica este scum 21421x2310v pa cat-de-cat si detine si critici. Produce durere in functie de zona ce este electrocutata, durerea putand chiar fi uriasa in cazul nor tensiuni putin prea m 21421x2310v ari.

Electroliza se m 21421x2310v ai utilizeaza in industria uleiului com 21421x2310v estibil, in instalatiile de intarire a grasim 21421x2310v ilor atata anim 21421x2310v ale cat si vegetale.

Bibliografie:

Mark S. Wrighton, "Electrolysis," Discovery Channel School, original content provided by World Book Online, https://www.discoveryschool.com 21421x2310v /hom 21421x2310v eworkhelp/
worldbook/atozscience/e/177180.htm 21421x2310v l

https://www.ucdsb.on.ca/tiss/stretton/chem 21421x2310v 2/electro9.htm 21421x2310v

3.  bsp;    https://www.m 21421x2310v adsci.org/posts/archives/m 21421x2310v ay98/893874472.Ch.r.htm 21421x2310v l

https://host2.m 21421x2310v bcom 21421x2310v m 21421x2310v s.net.au/tg/gtg/tfb-elect.htm 21421x2310v l

Sanda Fatu, Cornelia Costin, Adina Toescu, Chim 21421x2310v ie, m 21421x2310v anual pentru clasa a XII-a, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1997

Constantin Ionescu, Chim 21421x2310v ie Fizica, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982

Cuprins:

1. Ce este electroliza?

2. Aplicatiile electrolizei

2.1 Obtinerea m 21421x2310v etalelor si nem 21421x2310v etalelor

2.2 Metoda de purificare a m 21421x2310v etalelor

2.3 Metoda de obtinere a unor substante com 21421x2310v puse

2.4 Electroplacarea.

2.5 Alte aplicatii

Bibliografie: