technickÉ vyuŽitÍ elektrolÝzy
DESCRIPTION
TECHNICKÉ VYUŽITÍ ELEKTROLÝZY. Chemické změny probíhající na elektrodách je možné v praxi využít různým způsobem: 1. galvanické články, 2. elektrometalurgie, 3. galvanostegie, 4. elektrolytický kondenzátor, 5. zábrana před vlhnutím zdiva, 6. koroze, atd. -. -. -. -. -. -. -. -. -. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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.