10. Электролиз

Если в раствор электролита ввести постоянный электрический ток, то ионы примут следующее направление: ионы положительно заряженные устремятся к катоду (поэтому они называются катионами), а ионы отрицательно заряженные к аноду (поэтому они называются анионами). Соприкасаясь с противоположно заряженными электродами, ионы теряют свой заряд (переносят наименьшие частицы электричества) и превращаются в атомы, т. е. на электродах образуются соответствующие элементы.

Катионы заряжены положительно. У всех свободных кислот катионом является ион Н⁺, у оснований и солей

ионы металлов, напр. К⁺, Mg²⁺, Fe³⁺ и т. д. Анионы заряжены отрицательно. У оснований ионом является гидроксильный ОН^-, у кислот и солей это или ионы неметаллов, напр. Cl^-, S^2-, или многоатомные остатки кислот, напр. NO^-₃, SO^2-₄, PO^3-₄ и т. д.

Самым простым является электролиз простых (двойных) расплавленных электролитов. Напр., при электролизе расплавленного NaCl с анода уводится газообразный хлор, а с катода - расплавленный натрий. Происходящую при этом химическую реакцию можно выразить следующими схемами:

Электролиз расплавленных соединений - основа электрохимического производства металлов (из NaCl - натрия, из Аl₂О₃ - алюминия и т. д.). При электролизе водяных растворов электролитов, особенно электролитов сложных, протекает еще побочная реакция, т. е. освободившиеся ионы соединяются или взаимно, или с водой, или, наконец, с соответствующим электродом. Напр. во время электролиза раствора NaCl протекают те же реакции, как и во время электролиза расплавленного NaCl. С анода уходит хлор, натрий же, выделившийся на катоде, моментально реагирует с водой с выделением водорода и образованием NaOH, которая остается в растворе согласно уравнению: 2 Na + 2 H₂О = H₂ + 2 NaOH. Таким способом в промышленности получается гидроокись натрия, и наряду с ней хлор и водород. Следует напомнить, что при этом электролизе пространства обоих электродов необходимо отделить друг от друга простым сосудом. Иначе, если перемешивать анолит и католит (т. е. вещества, образовавшиеся на аноде и катоде), то при холоде образуются гипохлориты, согласно уравнению: 2 NaOH + Сl₂ = NaClO + NaCl + Н₂О, а при более высокой температуре - хлораты, согласно уравнению: 6 NaOH + 3 Cl₂ = NaClО₃ + 5 NaCl + 3 Н₂О. При электролизе окисленной воды (окисляется для того, чтобы была более электропроводная расщепленной по формуле: Н₂О = Н⁺ + ОН^-, на катоде выделяется водород, а на аноде кислород, т. к. ионы ОН^- нежизнеспособны и реагируют взаимно, согласно уравнению: 2 ОН^- = О + Н₂О + 2е. При электролизе H₂SО₄ на катоде образуется водород, а на аноде ионы SO^2-₄ - реагируют с водой, согласно уравнению SO^-4 + Н₂О = H₂SО₄ + О, т. е. на аноде образуется H₂SО₄ и кислород. Подобно этому при электролизе раствора Na₂SO₄, на катоде образуется NaOH и водород, в то время как на аноде - H₂SО₄ и кислород. Эта реакция используется в технике для определения полюсов постоянного тока. Бумажка, пропитанная раствором Na₂SО₄ и раствором фенолфталеина (если была влажная и приложена к обоим полюсам), окрасится у отрицательного полюса в красный цвет.

При электролизе разбавленной H₂SО₄, с применением медных электродов, на катоде образуется водород, а на аноде протекает реакция: SO^2-₄ + 2е = SО₄, Сu + SО₄ = CuSО₄, т. е. медный анод растворится. Эта реакция является основой гальванической металлизации. Напр. при никелировке анод - никелевый. Электролитом является NiSO₄, а катодом абсолютно чистый предмет, который нужно никелировать. С пуском электрического тока начинается электролиз. На катоде выделяется химически чистый Ni; он выделяется даже тогда, когда анод не абсолютно чистый. Этот способ используется для электролитической очистки металлов. Анодом должен быть сырой металл, электролитом кислоты, а катодом лист чистого металла, который нужно рафинировать.