TECHNICKÉ VYUŽITÍ ELEKTROLÝZY

TECHNICKÉ VYUŽITÍELEKTROLÝZY

Chemické změny probíhající na elektrodách je možnév praxi využít různým způsobem:1. galvanické články,2. elektrometalurgie,3. galvanostegie,4. elektrolytický kondenzátor,5. zábrana před vlhnutím zdiva,6. koroze, atd.

Zn

ZnSO4 Zn2+ + SO42-

+

1. Galvanické článkyPonoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku solitéhož kovu podle koncentrace iontů v roztoku

-

--

-

-

-

--

--

-

--

-

++

+

+

++ +

+++++++

a) Do roztoku vstupují další kationty roztok se nabíjí kladně, elektroda záporně.

Cu

+++

++

+

+ +

++++++

+

b) Z roztoku se vylučují kationty roztok se nabíjí záporně, elektroda kladně.

CuSO4 Cu2+ + SO42-

-

--

-

-

-

-

--

-

-

--

-

1. Galvanické článkyPonoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku solitéhož kovu podle koncentrace iontů v roztoku

a) do roztoku vstupují kationty - roztok se nabíjí +, elektroda -b) z roztoku se vylučují kationty - roztok se nabíjí -, elektroda +

1. Galvanické článkyPonoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku solitéhož kovu podle koncentrace iontů v roztoku

+ a – náboje se navzájem přitahují

Elektrické napětí dvojvrstvy- tzv. elektrodový potenciál

na rozhraníkovu a elektrolytu vzniká tzv. elektrická dvojvrstva elektrické pole brání přechodu dalších iontů vzniká rovnovážný stav

a) do roztoku vstupují kationty - roztok se nabíjí +, elektroda -b) z roztoku se vylučují kationty - roztok se nabíjí -, elektroda +

1. Galvanické článkyPonoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku solitéhož kovu podle koncentrace iontů v roztoku

+ a – náboje se navzájem přitahují na rozhraníkovu a elektrolytu vzniká tzv. elektrická dvojvrstva elektrické pole brání přechodu dalších iontů vzniká rovnovážný stav

Ponoření elektrody do jiného elektrolytu než do soli téhožkovu = obdobná situace také vylučování iontů do elektrolytu také vznik dvojvrstvy

1. Galvanické články

2 stejné elektrody v daném elektrolytu stejné elektrodové potenciálynapětí mezi elektrodami = 0V

2 chemicky různé elektrody v daném elektrolytu obecně různé elektrodové potenciálynapětí mezi elektrodami ≠ 0V – tzv. elektromotorické napětí

- soustava elektrolytu a dvou různých elektrod- je vždy zdrojem stejnosměrného napětí

Zn

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Cu

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

- -

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Ue

1. Galvanický článek

Luigi Galvani (1737-1798), italský lékař a přírodovědec

Stahy svalstva při doteku dvěma různými kovy

Zn Cu

Ue ÷ 1,1V

+-

vodný roztok CuSO4

vodný roztok ZnSO4

1. Galvanické články - Daniellův článek

Produkty elektrolýzy mění povrch elektrod.

K A

+-

+-

V

1. Galvanické články – polarizace elektrod

Necháme určitou dobu probíhat elektrolýzu →odpojíme zdroj → místo něj zapojíme voltmetrvoltmetr ukáže, že anoda má vyšší potenciál než katodapřipojeným obvodem teče proud opačným směremuvnitř elektrolytu teče proud také = vlastní proud článkuuvnitř elektrolytu je + na katodě, - na anodě

→ nastala tzv. polarizace elektrod → vznikl tzv. polarizační článek→ napětí mezi A a K – tzv. polarizační napětí-tento jev se nazývá elektrolytická polarizace (elektrolýzou dochází ke změně chemického charakteru elektrod vznik nových dvojvrstev)

1. Galvanické články – polarizace elektrod

Spojíme vodivě póly galvanického článku v článku probíhá elektrolýza způsobená vlastním proudem článkumůže nastat polarizace elektrodnapětí článku postupně klesá – nestálý článek

1. Galvanické články – polarizace elektrod

Voltův článek (Ue= 1V):

Elektrolýzou vzniká polarizační článek s elektromotorickým napětím opačné polarity.

- Zn (H2SO4 +H2O) Cu+

+Zn (H2SO4 +H2O) H2-

1. Galvanické články – polarizace elektrod

Vhodnou sestavou lze získat články, které se nepolarizují.

Allesandro Volta (1745-1827), italský fyzik

Sestrojil první zdroj dlouho-trvajícího elektrického proudu

Zn Cu

Ue ÷ 1,1V

+-

CuSO4 + H2OZnSO4 + H2O

1. Galvanické články - Daniellův článek

Membránou procházejí pouze ionty SO42- složení elektrod

se nemění - polarizace nenastává - Ue = konstantní

1. Galvanické články - suchý článekLeclancheův článek (Ue= 1,5 V):

Složení:- uhlíková tyčka s mosaznou čepičkou (+),- salmiak (NH4Cl) zahuštěný škrobovým mazem,- zinková nádoba tvaru válečku (-).

1. Galvanické články - suchý článekLeclancheův článek (Ue= 1,5 V):

Složení:- uhlíková tyčka s mosaznou čepičkou (+),- salmiak (NH4Cl) zahuštěný škrobovým mazem,- zinková nádoba tvaru válečku (-).

Depolarizátor = burel (MnO2)- silné okysličovadlo - okysličuje vzniklý vodík na vodu - brání polarizaci uhlíkové elektrody.

1. Galvanické články - suchý článekPlochá baterie- tři suché články spojeny za sebou.

Primární galvanický článek – probíhají v něm nevratné elektrochemické děje

Sekundární galvanický článek – probíhající elektrochemické děje jsou vratné – tzv. akumulátor

Kapacita akumulátoru – součin proudu a doby, po kterou lze tento proud odebírat = náboj – jednotka A·h

1. Galvanické články - akumulátor

Pb Pb

Ponořením olověných elektrod do zředěné H2SO4 se naelektrodách utvoří vrstvičky PbSO4.

H+

H+

SO42-

1. Galvanické články - akumulátorJe to polarizační článek, který se stává zdrojem napětípo nabytí - průchodem proudu elektrolytem.

+ -

Pb Pb

Anoda:

H+

H+

SO42-

4222-2

44 SO2HPbOO2HSOPbSO

Katoda: 424 SOHPb2HPbSO

+ -

1. Galvanické články - akumulátor

Nabíjení

Pb Pb

Anoda:

H+

H+

SO42-

O2HPbSOSOH2HPbO 24422

Katoda: 4-2

4 PbSOSOPb

+ -

1. Galvanické články - akumulátor

Vybíjení

K – FeA – NiElektrolyt - roztok 21% KOH + 5% LiOHUe = 1,3 V

Oproti olověnému-má větší kapacitu- má větší životnost-vydrží déle v nenabitém stavu-má větší vnitřní odpor

1. Galvanické článkyAkumulátor NiFe

1. Galvanické články - akumulátorová baterieAkumulátorová baterie - jsou akumulátory spojeny za sebou.

2. ElektrometalurgieJe odbor zabývající se získáváním kovů z roztoků

Vana z uhlíku naplněna směsí bauxitu a kryolitu. Průcho-dem proudu se směs taví a na dně se usazuje čistý hliník.

+-

+

-

+ + +

-

------

-

-

-

Předměty, které se mají pokovovat, tvoří katodu.

Cu

Cu2+

SO42-

+ -

3. Galvanostegie (galvanické pokovování)Je odbor zabývající se pokovováním kovových předmětůelektrolytickým způsobem.

3. Galvanostegie (galvanické pokovování)

+-

Průchodem proudu se na elektrodě utvoří vrstva Al2O3.Ten je izolantem mezi elektrodami. Vznikl kondenzátor.

Al

+

-

+

4. Elektrolytický kondenzátorV hliníkové nádobě je elektrolyt, do něhož je ponořenáhliníková elektroda.

5. Zábrana před vlhnutím zdivaVe stavebních materiálech jsou kapiláry, jimiž vodavzlíná ze základů stavby a zvlhčuje stěny.

Elektrolyt v kapilárách se elektrolýzou rozkládá, částečkamisoli se kapiláry zaplní. Kyslík a vodík vzniklý při elektrolý-ze vyprchává ze stěny a urychluje její vysoušení.

220V 30V

dioda

6. KorozePorušení povrchu kovu chemickým nebo elektrochemic-kým působením.

Nejčastějším typem koroze je oxidace kovů účinkem vzdušného kyslíku a vlhkostí vzduchu. Kov, který tvoří anodu se naleptává.