Aplicațiile electrolizei

Ce este electroliza?

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. Un rol important in dezvoltarea electrochimiei ii revine lui M. Faraday care a formulat legile fundamentale ale electrolizei.

Producerea diferitelor fenomene chimice sub actiunea curentului electric la suprafata de contact electrolit-electrod metalic constituie fenomenul de electroliza. Acesta poate fi definit dupa Faraday ca o descompunere permanenta 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 = K * I * t,

unde

m – masa de substanta depusa la electrod

K – echivalentul electrochimic al electrolitului

A – masa atomica

N – valenta ionului care se depune

F – constanta lui Faraday

I – intensitatea curentului (in amperi)

t – reprezinta timpul cat dureaza electroliza

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. Fenomenul consta in migratia ionilor pozitivi catre catod si a ionilor negativi spre anod, cat si in neutralizarea acestora. 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. De fapt, procesele la electrozi, avand loc cu transfer de electroni sunt transformari redox.

2. Aplicatiile electrolizei

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.

2.1 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.

Obtinerea aluminiului este un proces tehnologic complex care cuprinde doua etape distincte: obtinerea aluminei din bauxita si electroliza oxidului de aluminiu.

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.

Obtinerea aluminiului 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.