Electroliză

I. INTRODUCERE

Inainte de anul 1880, energia electrica avea o utilizare foarte limitata in industria chimica, cu toate ca primele cercetari de laborator in domeniul electrochimiei dateaza inca de la inceputul secolului al XIX-lea Dezvoltarea larga a electrochimiei industriale a inceput abia dupa inventarea si perfectionarea dinamului.

Electroliza este procesul de orientare și separare a ionilor unui electrolit (substanță a cărei molecule prin dizolvare sau topire se disociază în ioni, permițând trecerea curentului electric continuu) cu ajutorul curentului electric continuu.

Fenomenul de electroliza este complicat si depinde de o serie de factori fizici si chimici, a caror actiune a impus clarificarea a insasi modului prin care se face disocierea unui electrolit sub actiunea curentului electric. În procesul de electroliză, ionii pozitivi sau cationii sunt dirijați înspre catod (pol negativ), iar ionii negativi sau anionii înspre anod (pol pozitiv) unde își pierd sarcina și se depun sau intră în reacție chimică. Astfel, la electrozi, ionii capteaza, respectiv cedeaza electroni, transformandu-se in atomi neutri sau grupe de atomi. Acestia se pot depune ca atare pe electrod sau pot reactiona; cu moleculele dizolvantului, cu electrodul, sau intre ei. Se formeaza astfel produsi secundari ai electrolizei Specificăm că la anod există un proces de oxidare, în timp ce la catod unul de reducere. De fapt, procesele la electrozi, avand loc cu transfer de electroni sunt transformari redox.

Un rol important in dezvoltarea electrochimiei ii revine lui M. Faraday care a formulat legile fundamentale ale electrolizei. Procesele de electroliza se supun legilor lui Faraday, redate prin expresia:

m = K * I * t

In electroliză se ține seama de tensiunea de descompunere, care este tensiunea minimă la care se poate desfășura procesul și care depinde de potențialul de electrod, care este influiențat la rândul lui de poziția pe care o are substanța în seria potențialelor electrochimice. De asemeni, tensiunea de la bornele electrozilor trebuie să acopere și căderea de tensiune în electrolit, în contacte și în electrozi. Dacă în electrolit sunt mai mulți ioni de același semn, electroliza se produce cu o energie minimă.

II. APLICATIILE ELECTROLIZEI

Electroliza are aplicații industriale în electrometalurgie pentru acoperirea cu straturi protectoare a diferitelor metale feroase cu metale neferoase (exemplu = tabla galvanizată), sau de a se extrage metaloizi (exemplu = extragerea clorurii de sodiu din apă). În metalurgie, se face prin electroliză purificarea unor metale (de ex. cupru), proces care mai poartă și numele de rafinare.

Industriile electrochimice reprezinta o ramura cu aplicatii importante pentru economia nationala. Aplicarea electrochimiei permite sa se obtina cantitai mari de produse importante, cum sunt: hidrogenul, oxigenul, clorul, hidroxizii alcalini, peoxizii, oxiclorurile etc.

Prin electroliza substantelor topite se obtin: sodiu, calciu, magneziu, aluminiu si alte metale. Datorita metodelor eletrochimice s-a reusit sa se realizeze pe scara indsutriala obtinerea unor metale ca: bariu, cesiu, litiu etc.

1. Obtinerea metalelor si nemetalelor

Metalele din grupele I, a II-a si a III-a principala se obtin industrial prin electroliza topiturilor. Beriliul metalic se obtine prin electroliza unui amestec topit de BeF2 si o fluorura alcalina iar strontiul, un alt metal al grupei a II-a se obtine similar cu calciul.

Cu toate ca prin aceste procese electrochimice se consuma mari cantitati de energie electrica, ele sunt utiliate pe scara larga intrucat permit obtinerea metalelor pure necesare in tehnica. Procedeele electrochimice sunt singurele care fac posibila obtinerea metalelor cu potential de oxidare mare

Nemetalul care se obtine pe calea electrolizei este fluorul. Pentru electroliza se utilizeaza un amestec de fluorura de potasiu si acid fluorhidric. Temperatura la care se efectueaza electroliza se stabileste in functie de compozitia electrolitului.

1.1 Obtinerea aluminiului.

Obtinerea aluminiului este un proces tehnologic complex care cuprinde doua etape distincte: obtinerea aluminei din bauxita si electroliza oxidului de aluminiu. a fost un dar binevenit. Pana catre sfarsitul secolului al XIX, aluminiul a fost un metal mai rar. Doar cei foarte bogati isi permiteau sa detina obiecte din aluminiu. Charles M. Hall, in varsta de 21 de ani, student la Oberlin, a incercat sa descopere metode ieftine de obtinere ale acestui metal. Greutatile pe care le-a infruntat au fost legate de faptul ca aluminiul este foarte reactiv si era greu sa-l obtina prin reactii chimice obisnuite. Eforturile de a produce aluminiu prin electroliza au fost neroditoare, deoarece sarurile sale anhidre erau greu de preparat, iar oxidul Al2O3, avea un puncte de topire > 2000 , astfel incat, nu exista nici o metoda practica de al topit. In 1886 Hall a descoperit ca Al2O3 dizolva un mineral numir criolit, Na3AlF6, rezultand un amestec, cu un punct de topire relativ mic, din care aluminiul putea fi obtinut prin electroliza.

Diagrama de functionare a acestui proces este redata mai jos. Bauxita contine Al2O3. Bauxita este purificata, iar Al2O3 este apoi adaugat electrolitului de topitura de criolit, in care se dizolva si apoi se disociaza. La catod, ionii de aluminiu se reduc si se obtine metalul care formeaza un strat sub electrolitul mai putin dens. La anodul de carbon, ionul oxid este oxidat rezultand O2.