Ģeometrija
Dzelzs elektrolīze sāls šķīdumā. Augstas tīrības pakāpes dzelzs iegūšana. Ķīmisko problēmu risināšana par Faradeja likumu vidusskolas kursā

Dzelzs elektrolīze sāls šķīdumā. Augstas tīrības pakāpes dzelzs iegūšana. Ķīmisko problēmu risināšana par Faradeja likumu vidusskolas kursā

Kad elektriskā strāva iet caur metāliem (1. veida vadītājiem), ķīmiskās reakcijas nenotiek, un metāli paliek nemainīgi. Ja elektriskā strāva iet cauri kausējumam vai elektrolīta šķīdumam (2. veida vadītāji), elektrolīta-metāla vadītāja (elektrodu) saskarnē notiek dažādas ķīmiskas reakcijas (elektrolīze) un veidojas jauni savienojumi.

Elektrolīze ir procesu kopums, kas notiek, kad elektriskā strāva iet caur elektroķīmisko sistēmu, kas sastāv no diviem elektrodiem un kausējuma vai elektrolīta šķīduma.

Elektrolīzes laikā katjoni pārvietojas uz negatīvo elektrodu (katodu), bet anjoni uz pozitīvo elektrodu (anodu). Tomēr šajā gadījumā elektrolīta katjoni un anjoni ne vienmēr tiek izlādēti, pieņemot vai nododot elektronus. Bieži vien elektrolīzes reakcijās piedalās šķīdinātājs-elektrolīts, piemēram, ūdens.

Galvenā atšķirība starp reakcijām galvaniskajā elementā un elektrolizatorā ir tikai to virzienā un spontanitātē. Slēgtā galvaniskā elementa ķēdē elektroķīmiskā reakcija notiek spontāni, bet elektrolizatorā tikai elektriskās strāvas ietekmē no ārēja avota.

Pievērsiet uzmanību elektrodu nosaukumam: galvaniskajā elementā negatīvais elektrods ir anods, bet pozitīvais elektrods ir katods; šūnā, gluži pretēji, negatīvais elektrods ir katods, un pozitīvais ir anods.

Jāatceras, ka termini "negatīvs" un "pozitīvs" vienmēr attiecas uz strāvas avota poliem, tādējādi tie apzīmē šūnas elektrodus. Kopējais šajos procesos ir tas, ka gan galvaniskajā šūnā, gan elektrolizatorā uz negatīvā elektroda tiek izveidots elektronu pārpalikums, bet uz pozitīvā elektroda - to deficīts. Pie katoda joni vai molekulas tiek reducētas elektronu iedarbībā, pie anoda daļiņas tiek oksidētas, nododot savus elektronus elektrodam.

Šūnā katjoni (M n+) pāriet uz katodu (-) un anjoniem (A n–) - uz anodu (+).

Sadalīšanās spriegums elektrolītu elektrolīzes laikā sauc par minimālo spriegumu (ārējo EMF), kas jāpieliek elektrodiem. Piemēram, cinka hlorīda šķīdumam standarta apstākļos:

Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = - 0,76 B,

Cl2 + 2 ē \u003d 2Cl - φ ° \u003d + 1,36 V,

un sadalīšanās spriegums ir vienāds (absolūtā vērtībā) ar abu elektrodu standarta elektrodu potenciālu summu: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, t.i. sadalīšanās spriegums nevar būt zemāks par attiecīgā galvaniskā elementa EMF.

Sadalīšanās spriegums sastāv no divu elektrodu potenciāliem - jonu izlādes potenciāliem.

Vakuuma potenciāls katjonu dažreiz sauc nogulsnēšanās potenciāls metāls. Tas ir minimālais potenciāls, kas jāpieliek elektrodam, lai katjons zaudētu lādiņu un notiktu metāla nogulsnēšanās. Dažiem joniem (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) nogulsnēšanās potenciāls ir tuvu elektroda potenciālam, savukārt citiem joniem (Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) nogulsnēšanās potenciāls ievērojami pārsniedz elektrodu potenciālu. metālu - elektrolīzei ir nepieciešams noteikts pārspriegums.

Atšķirt šķīdumu elektrolīze un kausējuma elektrolīze. Šķīdumu elektrolīze ir sadalīta elektrolīze ar inertiem elektrodiem un šķīstošā anoda elektrolīze. Metāliski (Pt, Au) un nemetāliski (grafīta) elektrodi var būt inerti. Kā šķīstošie anodi tiek izmantoti anodi no Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu uc.

Daži metāli praktiski nešķīst augstās anodiskās polarizācijas dēļ, piemēram, Ni un Fe sārmainā šķīdumā, Pb H 2 SO 4 .

Šķīdumu elektrolīze ar inertiem elektrodiem. Elektrolītu ūdens šķīdumu elektrolīzes laikā pie katoda metāla vietā izdalās nevis metāls, bet ūdeņradis. Skābā vidē ūdeņradis veidojas reakcijas rezultātā:

2H++2 ē =H2.

Neitrālā un sārmainā vidē ūdeņradis veidojas reakcijā, kurā piedalās ūdens molekulas:

2H2O+2 ē = H 2 + OH -.

Tādi katjoni kā Na + vai K + vispār neizdalās ūdens šķīdumā, bet izdalās ūdeņradis.

Katjonus var grupēt pēc to spējas izlādēties, sākot no neizlādējamiem līdz viegli izlādējamiem. Tajā pašā laikā mainās arī elektrolīzes produkti. Dažiem katjoniem ir iespējama vienlaicīga metāla un ūdeņraža veidošanās.

Zemāk ir norādīti katjoni, lai samazinātu to izlādes grūtības, un elektrolīzes produkti:

Katjoni Elektrolīzes produkti

Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Al 3+ , H + (novirzīt) H 2

Mn2+, Zn2+, Cr3+, Fe2+, H+ (pH 7) M + H2

Co 2+, Ni 2+, Sr 2+, Pb 2+, H+ (pH 0) M + H 2

Cu 2+ , Ag + , Au 3 + M

Ūdeņraža atšķirīgā pozīcija šajā sērijā ir izskaidrojama ar šādiem iemesliem. Ūdeņraža pozīcija starp svinu un varu atbilst standarta elektrodu potenciālu skaitliskajām vērtībām NO M n+ = NO H + = 1 mol/l, t.i. pie pH = 0. Ūdeņraža pozīcija starp dzelzi un kobaltu atbilst ūdeņraža elektrodu potenciālam ūdenī pie pH=7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). Šādos apstākļos no šķīdumiem var izgulsnēties visi metāli, φ vērtība ° kas ir lielāki par –0,414 V. Taču praksē bez kobalta, niķeļa, alvas un svina no ūdens šķīdumiem iespējams izgulsnēt arī cinku, hromu un dzelzi. Tas izskaidrojams ar to, ka gāzveida ūdeņraža izdalīšanos pie katoda kavē ūdeņraža pārspriegums.

Tādējādi katjonu sērijā no Li + līdz A1 3+ metāls neveidojas, un ūdens reducēšanās rezultātā elektrolīzes laikā izdalās ūdeņradis. Katjonu sērijā no Mn 2+ līdz Pb 2+ elektrolīzes laikā metāls un ūdeņradis veidojas vienlaikus un, visbeidzot, virknē Cu 2+ - Au 3+ veidojas tikai metāls.

Līdz ar to, jo vairāk pa kreisi (tuvāk sākumam) metāls atrodas standarta elektrodu potenciālu (spriegumu virknē) virknē, jo grūtāk ir izolēt šo metālu ar ūdens šķīduma elektrolīzi.

Ja šķīdumam, kas satur vairākus katjonus, tiek pielikts pakāpeniski augošs spriegums, tad elektrolīze sākas, kad tiek sasniegts katjona nogulsnēšanās potenciāls ar lielāko elektroda potenciālu (vispozitīvāko). Cinka jonus saturoša šķīduma elektrolīzes laikā (φ °= -0,76 V) un varš (φ ° = +0,34 V), varš vispirms tiek atbrīvots uz katoda, un tikai pēc tam, kad gandrīz visi Cu 2+ joni tiks izlādēti, cinks sāks izdalīties. Pa šo ceļu, ja šķīdums vienlaikus satur dažādus katjonus, tad elektrolīzes laikā tos var secīgi izolēt atbilstoši to elektrodu potenciālu vērtībām. Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka metāla atbrīvošanas pārspriegums tiem ir aptuveni vienāds (un mazs).

Kas attiecas uz anjonu izlādes potenciāls, tad šeit attēls ir daudz sarežģītāks, pateicoties ūdens spējai piedalīties elektrolīzes procesā. Kopumā mēs varam teikt, ka anjoni ar zemāko potenciālu (vismazāk pozitīvi) vispirms tiek izlādēti pie anoda. Ja šķīdums satur jonus Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φº = 1,09 V) un I - (φº = 0,54 V), tad vispirms veidosies jods, tad broms un, visbeidzot, hlors. Fluora jonus ūdens šķīdumā vispār nevar izvadīt (φ ° = 2,87 V).

Lielākā daļa skābekli saturošo anjonu (izņemot acetāta jonu) neizdalās ūdens šķīdumā, bet gan skābā un neitrāli risinājumiūdens sadalās:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +,

un sārmainos šķīdumos - hidroksīda jonu izlāde:

2OH - - 2 ē \u003d 1/2 O 2 + H 2 O.

Atbilstoši to spējai izlādēties ūdens šķīdumu elektrolīzes laikā anjoni atrodas iekšā nākamā rinda no skābekli saturošu skābju, piemēram, SO 4 2–, NO 3, anjonu neizvadīšanas ūdens šķīdumā līdz viegli izvadāmiem:

Anjonu elektrolīzes produkti

SO 4 2–, NO 3 - utt., OH - O 2

Cl -, Br -, I - Cl 2 (ClO -, ClO 3 -), Br 2, I 2 (+ O 2)

S 2– S, SO 2 (+ O 2)

Tādējādi ir iespējams formulēt šādu galveno noteikumi par elektrolītu ūdens šķīdumu elektrolīzi ar nešķīstošiem elektrodiem:

1. No elektrolītu anjoniem vispirms pie anoda tiek izvadīti bezskābekļa skābju anjoni (Cl -, Br -, S 2- u.c.).

2. Skābekli saturošu skābju (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2– u.c.) anjoni ūdens klātbūtnē neizdalās, to vietā notiek ūdens oksidēšanās atbilstoši reakcijai:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +.

3. Aktīvie metāli, kas atrodas spriegumu diapazonā līdz Al (ieskaitot) uz katoda, netiek atjaunoti, tā vietā tiek atjaunots ūdens:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -.

4. Metāli, kas atrodas spriegumu virknē aiz alumīnija, bet pirms ūdeņraža, tiek reducēti pie katoda kopā ar ūdens molekulām:

K: 1) Zn 2+ + 2 ē = Zn

2) 2H 2O + 2 ē \u003d H 2 + 2OH -.

5. Metāli ar pozitīvu elektroda potenciāla vērtību vispirms tiek samazināti pie katoda:

Cu 2+ + 2 ē = Cu

Piemēram, sērskābes elektrolīzes laikā (grafīta elektrodi) notiek šādi procesi:

pie katoda 2H++2 ē = H 2

pie anoda 2H 2O - 4 ē \u003d O 2 + H +.

Kopsavilkuma vienādojums:

2H 2 O \u003d 2H 2 + O 2,

tie. sērskābes šķīduma elektrolīzes laikā ūdens molekulu sadalīšanās rezultātā izdalās ūdeņradis un skābeklis. Elektrolīzes produkti: ūdeņradis un skābeklis.

Vara sulfāta šķīduma elektrolīze:

pie katoda Cu 2 + + 2 ē = Cu,

pie anoda 2H 2O - 4 ē \u003d O 2 + 4H +

Kopsavilkuma vienādojums:

2Cu 2+ + 2H 2O \u003d 2Cu + O2 + 4H+

2CuSO4 + 2H2O \u003d 2Cu + O2 + 2H2SO4.

Elektrolīzes produkti: varš, skābeklis, sērskābe.

Anjonu izlādes iespēja ir atkarīga no tā koncentrācijas. Tādējādi koncentrētu un atšķaidītu NaCl šķīdumu elektrolīzes produkti ir attiecīgi hlors un skābeklis.

Nātrija hlorīda atšķaidīta šķīduma elektrolīze notiek bez Cl - jonu (un attiecīgi Na + jonu) izlādes, t.i. ūdens sadalās. Palielinoties sāls koncentrācijai pie anoda, kopā ar skābekli izdalās hlors, un hlors veidojas koncentrētos šķīdumos (ar skābekļa piejaukumu):

pie katoda 2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -

pie anoda 2Cl – – 2 ē = Cl2 .

Kopsavilkuma vienādojums:

2Cl - + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2OH -

2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH.

Elektrolīzes produkti: ūdeņradis, hlors un nātrija hidroksīds.

Ja hlorīda šķīdumu elektrolīzes laikā notiek hlora izdalīšanās, galveno hlora veidošanās procesu pārklāj hlora mijiedarbības reakcijas ar ūdeni (hidrolīze) un sekojošās iegūto vielu pārvērtības. Hlora hidrolīze notiek, veidojot vājus hipohlorskābes un hlorīda jonus ( sālsskābe):

Cl 2 + H 2 O \u003d H + + Cl - + HC1O.

Hipohlorskābe ar sārmu, kas veidojas elektrolīzes laikā (precīzāk, Na + + OH -), dod nātrija hipohlorītu NaClO kā produktu. Sārmainā vidē kopējais reakcijas vienādojums ir šāds:

Cl 2 + 2NaOH \u003d NaCl + NaClO + H 2 O.

Paaugstinātā temperatūrā (verdošā ūdenī) hlora hidrolīze notiek, veidojot hlorāta jonu. Iespējamie reakciju vienādojumi:

3Cl 2 + 3H 2 O \u003d ClO 3 - + 5 Cl - + 6H +,

3HClO \u003d ClO 3 - + 2Cl - + 3H +,

3СlО - = СlO 3 - + 2Сl -.

Sārmainā vidē kopējam vienādojumam ir šāda forma

3Cl 2 + 6NaOH \u003d NaClO 3 + 5NaCl + 3H 2 O.

Diafragmas elektrolīze. Atšķaidīta nātrija hlorīda šķīduma elektrolīzes laikā Na + joni pārvietojas uz katodu, bet izdalās ūdeņradis:

2H 2O+2 ē \u003d H 2 + OH -

un nātrija hidroksīda šķīdums tiek koncentrēts.

Hlorīda joni pārvietojas uz anodu, bet to zemās koncentrācijas dēļ galvenokārt veidojas nevis hlors, bet gan skābeklis:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +

un koncentrētu sālsskābes šķīdumu.

Ja elektrolīzi veic vārglāzē vai citā līdzīgā traukā, sārmu un skābes šķīdumi tiek sajaukti un elektrolīze tiek reducēta līdz ūdeņraža un skābekļa veidošanai ūdens sadalīšanās rezultātā. Savukārt, ja anoda un katoda telpas ir atdalītas ar starpsienu (diafragmu), kas ļauj iziet cauri strāvu nesošiem joniem, bet neļauj sajaukties gandrīz elektroda šķīdumiem, tad kā elektrolīzes produktus var iegūt skābju un sārmu šķīdumus. .

Nātrija hlorīda šķīduma elektrolīzes laikā pie katoda veidojas hidroksīda joni atbilstoši reakcijai:

2H2O+2 ē \u003d H 2 + 2OH -

tie uzreiz sāk piedalīties elektrības pārnesē un kopā ar C1 joniem pāriet uz anodu, kur tiek izvadīti abi joni un veidojas skābekļa un hlora maisījums. Tāpēc hlora izvade samazinās. Ja anods ir izgatavots no oglēm (grafīta), tad to oksidē skābeklis un veidojas oglekļa oksīdi CO un CO 2, piesārņojot hloru. Turklāt hlors, kas veidojas pie anoda, mijiedarbojas ar hidroksīda joniem:

C1 2 + OH - \u003d H + + Cl - + OSl -.

Nevēlams process ir arī hipohlorīta jonu veidošanās (ja nātrija hipohlorīta šķīduma iegūšana nav mērķis). Visas šīs nevēlamās sekas var novērst, izmantojot diafragmu, kas atdala katoda un anoda telpas un saglabā OH - jonus, bet laiž cauri Cl - jonus. Visbeidzot, diafragma novērš gāzu difūziju un ļauj iegūt tīrāku ūdeņradi.

Ja šķīdumā ir vairāki anjoni, to izlādes secību pie anoda ir grūtāk paredzēt nekā katjoniem, taču, vispārīgi runājot, tiek ievērots noteikums, ka anjonam ir viszemākā potenciālā vērtība (vai vislielākā negatīvā vērtība). pie anoda notiekošās reakcijas elektrodu potenciāls).

Šķīdumu elektrolīze ar šķīstošo anodu. Elektrolīze ar šķīstošo anodu ir iespējama, ja metāls vieglāk izdala elektronus nekā Cl -, OH - joni vai ūdens molekulas. Piemēram, uz vara anoda vara hlorīda vai vara sulfāta šķīdumā neizdalās hlors vai skābeklis, bet notiek pāreja uz Cu 2+ jonu šķīdumu. Tajā pašā laikā pie katoda tiek izlādēti tie paši joni un tiek nogulsnēts metāliskais varš. Tādējādi elektrolīze ar šķīstošo anodu tiek samazināta līdz vara pārnešanai no anoda uz katodu.

Reakciju pie anoda vairumā gadījumu sarežģī daudzi blakus un bieži vien nevēlami procesi. Piemēram, iegūtie joni var veidot oksīdus, hidroksīdus un to plēves:

M 2+ + 2OH - \u003d MO + H 2 O.

Skābekļa evolūcija ir iespējama arī pie anoda:

2H2O-4 ē \u003d O 2 + 4H +,

kas var piedalīties visdažādākajās elektrolītiskās sistēmas reakcijās.

Gāzveida produktu, īpaši skābekļa, veidošanā vairumā gadījumu sadalīšanās potenciāli nesakrīt ar elektrodu potenciāliem lielo pārsprieguma vērtību dēļ. . Pārspriegums ir starpība starp reālo sadalīšanās spriegumu un teorētiski aprēķināto no attiecīgās reakcijas EML elektrodu potenciāla.. Izdalītās vielas raksturs (hlora, broma un joda gadījumā pārspriegums ir ļoti nenozīmīgs) un elektroda materiāls īpaši spēcīgi ietekmē pārsprieguma lielumu. Tālāk ir sniegti dati par pārspriegumu ūdeņraža un skābekļa evolūcijas laikā dažādos katodos un anodos.

Elektrodu pārspriegums, V

Ūdeņraža skābeklis

Pt nomelnēts 0,00 0,2–0,3

Pt spilgti 0,1 0,4–0,5

Fe 0,1–0,2 0,2–0,3

Ni 0,1–0,2 0,1–0,3

Сu 0,2 0,2–0,3

Pb 0,4–0,6 0,2–0,3

Pārspriegums ir atkarīgs arī no elektrodu formas, to virsmas stāvokļa, strāvas blīvuma, šķīduma temperatūras, šķīduma sajaukšanas intensitātes un citiem faktoriem.

Ūdeņraža pārspriegums uz dzelzs ir ~ 0,1 V, un skābeklis uz tā paša materiāla ir ~ 0,3 V. Tāpēc elektrolīzes laikā uz dzelzs elektrodiem pārspriegums būs 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Šīs vērtības un teorētiski aprēķinātās vērtības summa būs atbilstošā elektrolīta izlādes sprieguma minimālā vērtība.

Attieksme pret pārspriegumu ir neviendabīga. No vienas puses, pārspriegums palielina elektroenerģijas patēriņu, no otras puses, pārsprieguma dēļ no ūdens šķīdumiem var nogulsnēties daudzi metāli, kurus saskaņā ar to standarta elektrodu potenciālu vērtībām nevajadzētu nogulsnēt. Tie ir Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , kr. Pārsprieguma, kā arī šķīduma koncentrācijas ietekmes uz elektrodu potenciālu dēļ ir iespējama dzelzs izstrādājumu elektrolītiskā hromēšana un niķelēšana, un pat nātriju var iegūt no ūdens šķīduma uz dzīvsudraba elektroda. .

Cl - jonu, nevis OH - šķīduma retināšana šķīdumos ar augstu elektrolīta koncentrāciju ir izskaidrojama arī ar skābekļa pārspriegumu. Tomēr ar šo pārspriegumu nepietiek F jonu izvadīšanai un brīvā fluora izdalīšanai.

Pārsprieguma lielumu ietekmē daudzi citi kinētiski faktori - daļiņu pārneses ātrums uz elektrodiem un elektrolīzes produktu noņemšana, hidrātu un citu izlādējošo jonu apvalku iznīcināšanas procesa ātrums, atomu savienošanās ātrums. diatomiskās gāzes molekulās utt.

Sojuz Sovetskiz

Sociālists

republikas

Auto atkarīgs. atsauksmes ¹

Pretendēts 11L1!.1964 (Nr. 886625/22-2) Klase. 40s, Zoo ar iesnieguma pielikumu Nr IPC C 22d

UDK 669.174: 669.177.035.

45 (088.8) PSRS Valsts izgudrojumu un atklājumu komiteja

Pieteikuma iesniedzējs I. P. Bardina vārdā nosauktais Melnās metalurģijas Centrālais pētniecības institūts

METODE DZELZS RAŽOŠANAI AR ELEKTROLĪZI

IZKUSĒTS SĀLS AR ŠĶĪSTOŠIEM ANODiem

Izgudrojuma priekšmets

Parakstu grupa ¹ 1bO

Zināmas metodes dzelzs un citu metālu ražošanai ūdens šķīdumi un kausētajos sāļos, Piedāvātā metode dzelzs iegūšanai, elektrolīzi izmantojot kausētus sāļus ar šķīstošiem čuguna anodiem vai dzelzs rūdas materiāla ārpusdomēna reducēšanas produktiem, atšķiras no zināmajiem ar to, ka augstas tīrības pakāpes dzelzs iegūšanai tiek veikta elektrolīze izkausētā nātrija hlorīdā, pievienojot dzelzs hlorīdu ne vairāk kā 10 ", pēc svara, pamatojoties uz dzelzi, 850 - 900 C temperatūrā un anoda un katoda strāvas blīvumā attiecīgi līdz 0,4 un 10 A/cm- .

Saskaņā ar piedāvāto metodi sākotnējie dzelzi saturoši materiāli gabaliņu, brikešu, granulu, skaidu vai plākšņu veidā tiek ievietoti elektrolīzes šūnā, piemēram, ar keramikas oderi, un tiek pakļauti elektriskai attīrīšanai 850 - 900 C temperatūrā. slāpekļa vai citas inertas gāzes atmosfērā.

Uz katoda uzklātā tīrā dzelzs pulveris tiek periodiski izvadīts no vannas un sasmalcināts, lai ar gaisa atdalīšanu atdalītu daļu no elektrolīta, kas atgriezta vannā. Atlikušo elektrolītu atdala no dzelzs ar vakuuma atdalīšanu 900 - 950 C temperatūrā vai ar hidrometalurģisko apstrādi.

Piedāvātās metodes priekšrocība ir paaugstināta dzelzs tīrība ar galvenā elementa saturu līdz 99,995%. un

Metode dzelzs iegūšanai ar kausētu sāļu elektrolīzi ar šķīstošiem anodiem15 no čuguna vai dzelzsrūdas materiāla ārpusdomēna reducēšanas produktiem, kas raksturīgs ar to, ka, lai iegūtu paaugstinātas tīrības pakāpi, elektrolīzi veic izkausētā nātrija hlorīdā ar

20 ar dzelzs hlorīda piedevu ne vairāk kā 10 % no svara, rēķinot kā dzelzi, ar

850 - 9 C un anoda un katoda strāvas blīvumi, attiecīgi, līdz 0,4 un 10 A / s -.

Līdzīgi patenti:

Izgudrojums attiecas uz platīna grupas metālu pulveru elektroķīmiskās ražošanas jomu, un to var izmantot katalīzei ķīmiskajā rūpniecībā, elektroķīmiskajā enerģētikā, mikroelektronikā.

Dzelzs (lasīt čugunu un tēraudu) ar elektrolīzi, nevis parasto kausēšanu, varētu novērst miljarda tonnu emisiju oglekļa dioksīds katru gadu nonāk atmosfērā. Tā saka Donalds Sadovejs no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts(MIT), kurš izstrādāja un pārbaudīja "zaļo" metodi dzelzs ražošanai, izmantojot tā oksīdu elektrolīzi.

Ja laboratorijas apstākļos demonstrēto procesu varētu palielināt, tas varētu novērst vajadzību pēc parastās kausēšanas, kas atmosfērā izdala gandrīz tonnu oglekļa dioksīda uz katru saražotā tērauda tonnu.

Parastā tehnoloģijā dzelzsrūdu apvieno ar koksu. Kokss reaģē ar dzelzi, veidojot CO2 un oglekļa monoksīdu un atstājot dzelzs-oglekļa sakausējumu, čugunu, ko pēc tam var kausēt tēraudā.

Sadoway metodē dzelzsrūdu sajauc ar šķīdinātāju – silīcija dioksīdu un nedzēstiem kaļķiem – 1600 grādu pēc Celsija temperatūrā un caur šo maisījumu laiž elektrisko strāvu.

Negatīvi lādētie skābekļa joni migrē uz pozitīvi lādētu anodu, no kurienes skābeklis izplūst. Pozitīvi lādētie dzelzs joni migrē uz negatīvi lādētu katodu, kur tie tiek reducēti par dzelzi, kas uzkrājas šūnas pamatnē un tiek izsūknēta.

Līdzīgu procesu izmanto alumīnija ražošanā (un tam nepieciešams pienācīgs elektroenerģijas daudzums), kura oksīds ir tik stabils, ka to faktiski nevar reducēt ar oglekli domnā, kurā tiek ražots, piemēram, čuguns. . Un ir skaidrs, ka tērauda rūpniecībai nekad nav bijis iemesla pāriet uz dzelzsrūdas elektrolīzi, jo to viegli reducē ogleklis.

Bet ja valdības dažādas valstis sākt uzlikt lielus nodokļus siltumnīcefekta gāzu emisijām - it īpaši oglekļa dioksīdam, tad jauna čuguna ražošanas metode varētu kļūt pievilcīgāka. Tiesa, no šāda veida laboratorijas iekārtām līdz rūpnieciskām iekārtām, kā lēš zinātnieki, paies 10-15 gadi.

Darba autore stāsta, ka lielākais šķērslis ir atrast praktisku materiālu anodam. Eksperimentos viņš izmantoja no grafīta izgatavotu anodu. Bet diemžēl ogleklis reaģē ar skābekli, izdalot gaisā tikpat daudz oglekļa dioksīda kā parastā dzelzs kausēšanas laikā.

Ideāli platīna anodi, piemēram, ir pārāk dārgi liela mēroga ražošanai. Bet var būt izeja - dažu izturīgu metālu sakausējumu izvēlē, kas veido oksīda plēvi uz to ārējās virsmas, bet tomēr vada elektrību. Var izmantot arī vadošu keramiku.

Vēl viena problēma ir tā jauns process patērē daudz elektroenerģijas – ap 2 tūkstošiem kilovatstundu uz tonnu saražotās dzelzs. Tātad ekonomiskā un pat ekoloģiskā jēga jaunā dzelzs ražošanas paņēmienā parādīsies tikai ar nosacījumu, ka šī elektroenerģija tiks saražota kaut kādā ekoloģiskā un tajā pašā laikā lēta veidā, bez oglekļa dioksīda emisijām. To atzīst pats metodes autors.

Saistībā ar noteiktas gāzes parādīšanos, izraisot tūlītēju dedzinošu klepu. Šis raksts ir šīs gāzes identifikācija. Raksts ir pilns ar formulām; formulu skaits ir saistīts gan ar paša elektrolīzes procesa, gan pašas rūsas netrivialitāti. Ķīmiķi un ķīmiķi, palīdziet rakstam pilnībā atbilst realitātei; jūsu pienākums ir rūpēties par "mazajiem" brāļiem ķīmiskās briesmas gadījumā.

Lai ir dzelzs Fe 0:
- ja uz Zemes nebūtu ūdens, tad ielidotu skābeklis - un veidotos oksīds: 2Fe + O 2 \u003d 2FeO (melns). Oksīds oksidējas tālāk: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (sarkanbrūns). FeO 2 neeksistē, tie ir skolēnu izgudrojumi; bet Fe 3 O 4 (melns) ir diezgan īsts, bet mākslīgs: piegādā pārkarsētu tvaiku gludeklim vai reducē Fe 2 O 3 ar ūdeņradi aptuveni 600 grādu temperatūrā;
- bet uz Zemes ir ūdens - rezultātā gan dzelzs, gan dzelzs oksīdi mēdz pārvērsties par bāzi Fe (OH) 2 (balts ?!. Gaisā ātri satumst - vai tas nav punkts zemāk): 2Fe + 2H 2 O + O 2 \u003d 2Fe(OH) 2, 2FeO + H 2 O = 2Fe(OH) 2;
- tālāk vēl sliktāk: uz Zemes ir elektrība - visas šīs vielas mēdz pārvērsties par bāzi Fe (OH) 3 (brūns) mitruma klātbūtnes un potenciālu starpības dēļ (galvaniskais pāris). 8Fe(OH) 2 + 4H 2 O + 2O 2 = 8Fe(OH) 3, Fe 2 O 3 + 3H 2 O = 2Fe(OH) 3 (lēnām). Tas ir, ja dzelzi glabā sausā dzīvoklī, tā rūsē lēni, bet turas; palieliniet mitrumu vai samitriniet to - tas kļūs sliktāks, un iebāziet to zemē - tas būs ļoti slikti.

Interesants process ir arī elektrolīzes šķīduma sagatavošana:
- vispirms tiek veikta šķīdumu pagatavošanai pieejamo vielu analīze. Kāpēc sodas pelni un ūdens? Sodas pelni Na 2 CO 3 satur Na metālu, kas vairākos elektriskajos potenciālos atrodas daudz pa kreisi no ūdeņraža – tas nozīmē, ka elektrolīzes laikā metāls katoda vietā netiks reducēts (šķīdumā, bet ne kausējumā), un ūdens sadalīsies ūdeņradī un skābeklī (šķīdumā). Ir tikai 3 šķīduma reakcijas varianti: metāli, kas atrodas daudz pa kreisi no ūdeņraža, netiek reducēti, vāji pa kreisi no ūdeņraža tie tiek reducēti, atbrīvojot H 2 un O 2, pa labi no ūdeņraža tie ir vienkārši. samazināts pie katoda. Lūk, detaļu virsmas vara pārklāšana CuSo 4 šķīdumā, cinkošana ZnCl 2, niķelēšana NiSO 4 + NiCl 2 utt.;
- sodas atšķaidīšanai ūdenī stāv mierīgi, lēni un neelpojot. Neplēsiet iepakojumu ar rokām, bet pārgrieziet to ar šķērēm. Pēc tam šķēres jāieliek ūdenī. Jebkurš no četriem sodas veidiem (pārtika, soda, mazgāšana, kaustiskā soda) uzņem mitrumu no gaisa; tā glabāšanas laiku faktiski nosaka mitruma uzkrāšanās un salipšanas laiks. Tas ir, stikla burkā glabāšanas laiks ir mūžība. Tāpat jebkura soda, sajaucot ar ūdeni un elektrolīzē, rada nātrija hidroksīda šķīdumu, kas atšķiras tikai ar NaOH koncentrāciju;
- sodas pelni sajauc ar ūdeni, šķīdums kļūst zilganā krāsā. Šķiet, ka ir notikusi ķīmiska reakcija, bet ne: tāpat kā galda sāls un ūdens gadījumā, šķīdumā nav ķīmiskas reakcijas, bet tikai fizikāla reakcija: cietas vielas izšķīšana šķidrā šķīdinātājā (ūdenī). ). Jūs varat izdzert šo šķīdumu un iegūt vieglu vai vidēji smagu saindēšanos – nekas nav letāls. Vai arī iztvaicē un dabū atpakaļ sodas pelnus.

Anoda un katoda izvēle ir viss pasākums:
- anodu vēlams izvēlēties kā cietu inertu materiālu (lai tas nesabruktu, arī no skābekļa, un nepiedalītos ķīmiskās reakcijas) - tāpēc savu lomu spēlē nerūsējošais tērauds (internetā lasīju ķecerību, gandrīz saindējos);
- katods ir tīrs dzelzs, pretējā gadījumā rūsa darbosies kā pārmērīgi augsta elektriskās ķēdes pretestība. Lai attīrāmo gludekli pilnībā ievietotu šķīdumā, tas jāpielodē vai jāpieskrūvē citam gludeklim. Pretējā gadījumā pats dzelzs turētāja metāls piedalīsies šķīdumā kā neinerts materiāls un kā ķēdes posms ar vismazāko pretestību (metālu paralēlais savienojums);
- vēl nav norādīts, bet ir jābūt plūstošās strāvas un elektrolīzes ātruma atkarībai no anoda un katoda virsmas. Tas nozīmē, ka ar vienu M5x30 nerūsējošā tērauda skrūvi var nepietikt, lai ātri noņemtu rūsu no automašīnas durvīm (lai pilnībā izmantotu elektrolīzes potenciālu).

Kā piemēru ņemsim inerto anodu un katodu: ņemot vērā tikai zilā šķīduma elektrolīzi. Tiklīdz tiek pievienots spriegums, šķīdums sāk pārveidoties par galīgo: Na 2 CO 3 + 4H 2 O \u003d 2NaOH + H 2 CO 3 + 2H 2 + O 2. NaOH - nātrija hidroksīds - trakais sārms, kaustiskā soda, Fredijs Krīgers murgā: šīs sausās vielas mazākais kontakts ar mitrām virsmām (ādu, plaušām, acīm utt.) izraisa elles sāpes un ātri neatgriezeniskas (bet ar vieglu pakāpi atgūstamas) apdeguma) bojājumiem. Par laimi, nātrija hidroksīds tiek izšķīdināts ogļskābē H 2 CO 3 un ūdenī; kad ūdeni beidzot iztvaiko ūdeņradis pie katoda un skābeklis pie anoda, veidojas maksimālā NaOH koncentrācija ogļskābē. Šo šķīdumu ir absolūti neiespējami ne dzert, ne pasmaržot, arī pirkstus bakstīt nav iespējams (jo ilgāk elektrolīze, jo vairāk deg). Ar to var tīrīt caurules, vienlaikus izprotot tā augsto ķīmisko aktivitāti: ja caurules ir plastmasas, tās var noturēt 2 stundas, bet ja tās ir metāla (starp citu) - caurules sāks ēst: Fe + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2, Fe + H 2 CO 3 \u003d FeCO 3 + H 2.

Šis ir pirmais no iespējamiem nosmakšanas "gāzes" cēloņiem, fizikāls un ķīmisks process: gaisa piesātināšana ar koncentrēta nātrija hidroksīda šķīdumu ogļskābē (kā nesēji verdoši skābekļa un ūdeņraža burbuļi). 19. gadsimta grāmatās ogļskābi izmanto kā indīgu vielu (lielos daudzumos). Tāpēc autovadītāji, uzstādot akumulatoru automašīnā, sabojājas ar sērskābi (patiesībā tā pati elektrolīze): pārstrāvas procesā uz ļoti izlādētu akumulatoru (automašīnai nav strāvas ierobežojuma), elektrolīts uz īsu brīdi uzvārās. , sērskābe izplūst kopā ar skābekli un ūdeņradi salonā. Ja telpa ir pilnībā hermētiska, skābekļa-ūdeņraža maisījuma (sprādzienbīstamas gāzes) dēļ jūs varat iegūt labu triecienu ar telpas iznīcināšanu. Video redzams plati miniatūrā: kausēta vara iedarbībā ūdens sadalās ūdeņradi un skābeklī, un metāls ir vairāk nekā 1100 grādu (varu iedomāties, kā ar to pilnībā piepildītā telpa smird) ... Par NaOH ieelpošanas simptomiem: kodīga, dedzinoša sajūta, iekaisis kakls, klepus, elpas trūkums, elpas trūkums ; simptomi var būt aizkavēti. Šķiet, ka tas lieliski der.
...tajā pašā laikā Vladimirs Vernadskis raksta, ka dzīvība uz Zemes bez ūdenī izšķīdinātas ogļskābes nav iespējama.

Katodu nomainām ar sarūsējušu dzelzs gabalu. Sākas vesela virkne smieklīgu ķīmisku reakciju (un lūk, borščs!):
- rūsa Fe (OH) 3 un Fe (OH) 2 kā bāzes sāk reaģēt ar ogļskābi (izdalās pie katoda), iegūstot siderītu (sarkanbrūnu): 2Fe (OH) 3 + 3H 2 CO 3 \u003d 6H 2 O + Fe 2 (CO3) 3, Fe (OH) 2 + H 2 CO 3 \u003d FeCO 3 + 2 (H 2 O). Dzelzs oksīdi nepiedalās reakcijā ar ogļskābi, jo. nav spēcīgas apkures, un skābe ir vāja. Arī elektrolīze neatjauno dzelzi pie katoda, jo. šīs bāzes nav risinājums, bet anods nav dzelzs;
- kaustiskā soda kā bāze nereaģē ar bāzēm. Nepieciešamie nosacījumi Fe(OH) 2 (amfoteriskais hidroksīds): NaOH>50% + vārīšanās slāpekļa atmosfērā (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). Nepieciešamie nosacījumi Fe (OH) 3 (amfoteriskais hidroksīds): saplūšana (Fe (OH) 3 + NaOH \u003d NaFeO 2 + 2H 2 O). Nepieciešamie nosacījumi FeO: 400-500 grādi (FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4 FeO 3). Vai varbūt ir reakcija ar FeO? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - bet tikai 400-500 grādu temperatūrā. Labi, varbūt nātrija hidroksīds noņem daļu dzelzs - un rūsa vienkārši nokrīt? Bet šeit ir bummer: Fe + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2 - bet vārot slāpekļa atmosfērā. Kāda velna pēc kaustiskās sodas šķīdums bez elektrolīzes noņem rūsu? Bet viņš to nekādā veidā neizņem (es izlēju tieši caurspīdīgu kaustiskās sodas šķīdumu no "Auchan"). Tas noņem taukus, un manā gadījumā ar matiz gabalu izšķīdināja krāsu un grunti (grunts izturība pret NaOH ir tā darbības raksturlielumos) - kas atsedza tīru dzelzs virsmu, rūsa vienkārši pazuda. Secinājums: sodas pelni ir nepieciešami tikai, lai elektrolīzes ceļā iegūtu skābi, kas attīra metālu, paātrinātā tempā uzņemot rūsu; Šķiet, ka nātrija hidroksīds nedarbojas (bet reaģēs ar netīrumiem katodā, to notīrot).

Par svešām vielām pēc elektrolīzes:
- šķīdums mainīja krāsu, kļuva "netīrs": ar izreaģējušām bāzēm Fe(OH) 3 , Fe(OH) 2 ;
- melna plāksne uz dziedzera. Pirmā doma: dzelzs karbīds Fe 3 C (tridzelzs karbīds, cementīts), nešķīst skābēs un skābeklī. Bet apstākļi nav vienādi: lai to iegūtu, jums jāpiemēro 2000 grādu temperatūra; un ķīmiskajās reakcijās nav brīva oglekļa, ko pievienot dzelzs. Otrā doma: viens no dzelzs hidrīdiem (dzelzs piesātinājums ar ūdeņradi) - bet arī tā nav taisnība: iegūšanas nosacījumi nav vienādi. Un tad nāca klajā: dzelzs oksīds FeO, bāziskais oksīds nereaģē ne ar skābi, ne kaustisko sodu; un arī Fe2O3. Un amfoteriskie hidroksīdi ir slāņi virs pamata oksīdiem, aizsargājot metālu no tālākas skābekļa iekļūšanas (tie nešķīst ūdenī, tie novērš ūdens un gaisa piekļuvi FeO). Notīrītās daļas varat ievietot citronskābē: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 \u003d 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (īpaša uzmanība jāpievērš oglekļa monoksīda izdalīšanai un tam, ka skābe un metāls ēd. pie kontakta) - un FeO tiek noņemts ar parasto suku. Un, ja jūs sildat augstāko oksīdu oglekļa monoksīdā un neizdegat, tad tas atjaunos dzelzi: Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2;
- baltas pārslas šķīdumā: daži sāļi, kas elektrolīzes laikā nešķīst ūdenī vai skābē;
- citas vielas: dzelzs sākotnēji ir "netīrs", ūdens sākotnēji netiek destilēts, anoda izšķīšana.

Otrs no iespējamiem nosmakšanas "gāzes" cēloņiem ir fizikāls un ķīmisks process: dzelzs, kā likums, nav tīrs - ar cinkošanu, grunti un citām trešo pušu vielām; un ūdens - ar minerālvielām, sulfātiem utt. To reakcija elektrolīzes laikā ir neparedzama, gaisā var izdalīties jebkas. Tomēr mans gabals bija tik mazs (0,5 x 100 x 5), un maz ticams, ka iemesls ir krāna ūdens (vāji mineralizēts). Arī ideja par svešķermeņu klātbūtni pašā sodas pelnā ir zudusi: tikai tas ir norādīts uz iepakojuma sastāvā.

Trešais iespējamais gāzu asfiksijas cēlonis ir ķīmisks process. Ja katods tiek atjaunots, anods noteikti tiek iznīcināts oksidācijas rezultātā, ja tas nav inerts. Nerūsējošais tērauds satur aptuveni 18% hroma. Un šis hroms, iznīcinot, nonāk gaisā sešvērtīgā hroma vai tā oksīda (CrO 3 , hromanhidrīda, sarkanīgs - par to tālāk mēs runāsim) formā, spēcīga inde un kancerogēns ar aizkavētu plaušu vēža katalīzi. Nāvējošā deva ir 0,08 g/kg. Aizdedzina benzīnu plkst telpas temperatūra. Atbrīvojas, metinot nerūsējošo tēraudu. Šausmas ir tādas, ka ieelpojot tam ir tādi paši simptomi kā nātrija hidroksīdam; un nātrija hidroksīds jau šķiet nekaitīgs dzīvnieks. Spriežot pēc vismaz bronhiālās astmas gadījumu apraksta, jāstrādā par jumiķi 9 gadus, elpojot šo indi; tomēr ir aprakstīta nepārprotama aizkavēta iedarbība - tas ir, tas var izšaut gan 5, gan 15 gadus pēc vienas saindēšanās.

Kā pārbaudīt, vai hroms izcēlās no nerūsējošā tērauda (kur - jautājums paliek). Skrūve pēc reakcijas kļuva spīdīgāka nekā tā pati skrūve no tās pašas partijas - slikta zīme. Kā izrādījās, nerūsējošais tērauds ir tik ilgi, kamēr hroma oksīds pastāv aizsargpārklājuma veidā. Ja elektrolīzes laikā hroma oksīds tika iznīcināts oksidējoties, tad šāda skrūve rūsēs intensīvāk (reaģēs brīvais dzelzs, un tad hroms neskartā nerūsējošā tērauda sastāvā oksidēsies līdz CrO). Tāpēc viņš radīja visus apstākļus divu skrūvju rūsēšanai: sālsūdeni un 60-80 grādu šķīduma temperatūru. Nerūsējošā tērauda marka A2 12X18H9 (X18H9): satur 17-19% hroma (un nerūsējošā dzelzs-niķeļa sakausējumos hroms ir vēl augstāks, līdz ~ 35%). Viena no skrūvēm vairākās vietās kļuva sarkana, visās vietās - nerūsējošā tērauda saskares zonā ar šķīdumu! Sarkanākais ir gar saskares līniju ar šķīdumu.

Un mana laime bija tāda, ka strāvas stiprums tad elektrolīzes laikā bija tikai 0.15A, virtuve bija ciet un logs tajā vaļā. Tas bija skaidri iespiests manā prātā: izslēgt nerūsējošo tēraudu no elektrolīzes vai darīt to atklātā vietā un no attāluma (nav nerūsējošā tērauda bez hroma, tas ir tā leģējošais elements). Tā kā nerūsējošais tērauds NAV inerts anods elektrolīzes laikā: tas izšķīst un izdala indīgo hroma oksīdu; dīvānu ķīmiķi, nogaliniet sevi pret sienu, kamēr kāds nomirst no jūsu padomiem! Atklāts paliek jautājums, kādā formā, cik un kur; bet, ņemot vērā tīra skābekļa izdalīšanos pie anoda, CrO jau ir precīzi oksidēts par starpproduktu oksīdu Cr 3 O 2 (arī indīgs, MPC 0,01 mg / m 3), un pēc tam par augstāku oksīdu CrO 3: 2Cr 2 O. 3 + 3O 2 \u003d 4CrO3. Pēdējais paliek pieņēmums (nepieciešamā sārmainā vide ir, bet vai šai reakcijai ir nepieciešama spēcīga karsēšana), taču labāk to darīt droši. Pat asins un urīna analīzes uz hromu ir grūti izdarīt (tās nav cenrāžos, pat ne paplašinātajā vispārīga analīze asinis).

Inerts elektrods - grafīts. Jābrauc uz trolejbusu depo, jānobildē izmestās birstes. Jo pat aliexpress par 250 rubļiem par tapu. Un tas ir lētākais no inertajiem elektrodiem.

Un šeit ir vēl 1 reāls piemērs kad dīvāna elektronika radīja materiālus zaudējumus. Un līdz pareizajām zināšanām, tiešām. Tāpat kā šajā rakstā. Dīvāna dīkstāves sarunas priekšrocības? - diez vai viņi sēj haosu; un pēc tiem jāsakopj.

Es sliecos uz pirmo smacējošās "gāzes" iemeslu: nātrija hidroksīda šķīduma ogļskābē iztvaikošanu gaisā. Jo ar hroma oksīdiem tiek izmantotas tieši šļūteņu maskas ar mehānisko gaisa padevi - es savā nožēlojamajā RPG-67 būtu nosmacis, bet tajā pašā epicentrā bija manāmi vieglāk elpot.
Kā pārbaudīt, vai gaisā nav hroma oksīda? Sāciet ūdens sadalīšanās procesu tīrā sodas šķīdumā uz grafīta anoda (izvelciet no zīmuļa, bet ne katrs zīmulis satur tīru grafīta stienīti) un dzelzs katoda. Un izmantojiet iespēju atkal ieelpot gaisu virtuvē pēc 2,5 stundām. Vai tas ir loģiski? Gandrīz: kaustiskās sodas un sešvērtīgā hroma oksīda simptomi ir identiski - kaustiskās sodas klātbūtne gaisā nepierādīs sešvērtīgā hroma tvaiku neesamību. Tomēr smakas trūkums bez nerūsējošā tērauda nepārprotami radīs sešvērtīgā hroma klātbūtni. Es pārbaudīju, bija smarža - frāze ar cerību "Urā! Es elpoju kaustisko soda, nevis sešvērtīgo hromu!" var sadalīt jokos.

Kas vēl tika aizmirsts:
- kā skābe un sārms pastāv kopā vienā traukā? Teorētiski vajadzētu parādīties sāls un ūdens. Šeit ir ļoti smalks punkts, ko var saprast tikai eksperimentāli (nepārbaudīju). Ja elektrolīzes laikā viss ūdens sadalās un šķīdums tiek izolēts no sāļiem nogulsnēs - 2. variants: paliks vai nu kaustiskās sodas šķīdums, vai kaustiskā soda ar ogļskābi. Ja pēdējais ir sastāvā, sāls izdalīšanās sāksies normāli apstākļi un nokrišņi ... sodas pelni: 2NaOH + H 2 CO 3 \u003d Na 2 CO 3 + 2H 2 O. Problēma tāda, ka turpat ūdenī izšķīdīs - žēl, ka nevar nogaršot un salīdzināt ar oriģinālu risinājums: pēkšņi kaustiskā soda ne visi reaģēja;
- Vai ogļskābe mijiedarbojas ar pašu dzelzi? Jautājums ir nopietns, jo. ogļskābes veidošanās notiek tieši pie katoda. To var pārbaudīt, izveidojot koncentrētāku šķīdumu un veicot elektrolīzi, līdz plāns metāla gabals ir pilnībā izšķīdis (nepārbaudīja). Elektrolīze tiek uzskatīta par saudzīgāku rūsas noņemšanas metodi nekā kodināšana ar skābi;
Kādi ir simptomi, ieelpojot sprādzienbīstamu gāzi? Nav + bez smaržas, bez krāsas;
- Vai kaustiskā soda un ogļskābe reaģē ar plastmasu? Veiciet identisku elektrolīzi plastmasas un stikla traukos un salīdziniet šķīduma duļķainību un trauka virsmas caurspīdīgumu (nepārbaudīja uz stikla). Plastmasa - kļuva mazāk caurspīdīga vietās, kur saskaras ar šķīdumu. Tie tomēr izrādījās sāļi, viegli nokasīti ar pirkstu. Tātad pārtikas plastmasa nereaģē ar šķīdumu. Stikls tiek izmantots koncentrētu sārmu un skābju uzglabāšanai.

Ja ieelpojat daudz degošas gāzes, neatkarīgi no tā, vai tas ir NaOH vai CrO 3, jums jālieto "unitiols" vai līdzīgas zāles. Un vispārējais noteikums ir spēkā: neatkarīgi no tā, kāda saindēšanās notiek, neatkarīgi no tā, kāda stipruma un izcelsmes tā būtu, nākamo 1-2 dienu laikā dzeriet daudz ūdens, ja nieres atļauj. Uzdevums: izvadīt toksīnu no organisma un, ja to neizdara vemšana vai atkrēpošana, dot papildu iespējas to darīt aknām un urīnceļu sistēmai.

Pats kaitinošākais ir tas skolas programma 9. klase Sasodīts, man ir 31 gads - un es nenokārtošu eksāmenu ...

Elektrolīze ir interesanta ar to, ka tā pagriež laiku atpakaļ:
- NaOH un H 2 CO 3 šķīdums normālos apstākļos izraisīs sodas pelnu veidošanos, savukārt elektrolīze apvērš šo reakciju;
- dzelzs dabiskos apstākļos tiek oksidēts un tiek atjaunots elektrolīzes laikā;
- ūdeņradim un skābeklim ir tendence visādi apvienoties: sajaucas ar gaisu, sadedzina un kļūst par ūdeni, absorbē vai ar kaut ko reaģē; elektrolīze, gluži pretēji, rada dažādu vielu gāzes tīrā veidā.
Vietējā laika mašīna, nekas cits: atgriež vielu molekulu stāvokli to sākotnējā stāvoklī.

Saskaņā ar reakcijas formulām pulverveida nātrija hidroksīda šķīdums ir bīstamāks, ja to veido un elektrolizē, bet efektīvāks noteiktās situācijās:
- inertajiem elektrodiem: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (šķīdums ir tīra ūdeņraža un skābekļa avots bez piemaisījumiem);
- Reaģē spēcīgāk organiskie materiāli, nav ogļskābes (ātrs un lēts attaukošanas līdzeklis);
- ja dzelzi ņem par anodu, tā sāks šķīst pie anoda un samazināsies pie katoda, sabiezinot dzelzs slāni uz katoda, ja nav ogļskābes. Šī ir katoda materiāla atjaunošanas metode vai tā pārklāšana ar citu metālu, ja pie rokas nav šķīduma ar vēlamo metālu. Rūsas noņemšana, pēc eksperimentētāju domām, norit arī ātrāk, ja sodas pelnu gadījumā par anodu padara dzelzi;
- bet NaOH koncentrācija gaisā iztvaikošanas laikā būs augstāka (joprojām ir jāizlemj, kas ir bīstamāks: ogļskābe ar kaustisko nātriju vai mitrums ar kaustisko sodu).

Iepriekš par izglītību rakstīju, ka skolā un augstskolā daudz laika tiek tērēts. Šis raksts šo viedokli nemaina, jo parastam cilvēkam dzīvē matāns nebūs vajadzīgs, organiskā ķīmija vai kvantu fizika(tikai darbā, un kad pēc 10 gadiem man vajadzēja matānu, es to iemācījos no jauna, es vispār neko neatcerējos). Bet neorganiskā ķīmija, elektrotehnika, fizikālie likumi, krievu un svešvalodas- tas ir tas, kam vajadzētu būt prioritātei (joprojām iepazīstināt ar dzimumu mijiedarbības psiholoģiju un zinātniskā ateisma pamatiem). Šeit es nemācījos Elektronikas fakultātē; un tad bam, aizslēgts - un Visio iemācījās lietot, un MultiSim un daži elementu apzīmējumi iemācījās utt. Pat ja es mācītos Psiholoģijas fakultātē, rezultāts būtu tāds pats: es dzīvē iestrēgu - iedziļinājos - izdomāju. Bet, ja skolā pastiprinātu uzsvaru uz dabaszinātnēm un valodām (un jauniešiem paskaidrotu, kāpēc tas nostiprināts), dzīve būtu vieglāka. Gan skolā, gan institūtā ķīmijā: runāja par elektrolīzi (teorija bez prakses), bet par tvaiku toksicitāti - nē.

Visbeidzot, piemērs tīru gāzu iegūšanai (izmantojot inertus elektrodus): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. Tas ir, vispirms saindējam sevi ar tīrāko hloru un tad eksplodējam ar ūdeņradi (atkal pie jautājuma par izdalīto vielu drošību). Ja būtu CuSO 4 šķīdums, un dzelzs-metāla katods izkristu no bāzes un atstātu skābekli saturošu skābes atlikumu SO4 2-, tas nepiedalās reakcijās. Ja skābes atlikums nesaturētu skābekli, tas sadalītos vienkāršās vielās (kas redzams piemērā C 1 - , kas izdalās kā Cl 2).

(pievienots 24.05.2016.) Ja nepieciešams uzvārīt NaOH ar rūsu to savstarpējai reakcijai - kāpēc gan ne? Slāpeklis gaisā ir 80%. Rūsas noņemšanas efektivitāte ievērojami palielināsies, bet tad šis process noteikti ir jāveic ārā.

Par metālu hidrogenēšanu (trausluma palielināšanos): par šo tēmu neatradu nekādas formulas un adekvātus viedokļus. Ja iespējams, uzstādīšu metāla elektrolīzi vairākas dienas, pievienojot reaģentu, un tad klauvēšu ar āmuru.

(pievienots 27.05.2016.) Grafītu var noņemt no izlietota sāls akumulatora. Ja tas spītīgi izturas pret demontāžu, deformējiet to skrūvspīlē.

(pievienots 10.06.2016.) Metāla hidrogenēšana: H + + e - = H reklāmas. H reklāmas + H reklāmas \u003d H 2, kur ADS ir adsorbcija. Ja metālam ir nepieciešamie nosacījumi izšķīdina ūdeņradi sevī (tas ir skaitlis!) - tad tas izšķīdina to sevī. Dzelzs rašanās apstākļi nav atrasti, bet tēraudam tie ir aprakstīti Schrader A.V. grāmatā. "Ūdeņraža ietekme uz ķīmiskajām un naftas iekārtām". 58. attēlā, 108. lpp., ir attēlots zīmola 12X18H10T grafiks: pie spiediena, kas salīdzināms ar atmosfēras spiedienu un 300-900 grādu temperatūrā: 30-68 cm 3 / kg. 59. attēlā parādītas atkarības no citām tērauda kategorijām. Vispārējā formula tērauda hidrogenēšana: K s \u003d K 0 e -∆H / 2RT, kur K 0 ir pirmseksponenciālais koeficients 1011l / mol s, ∆H ir tērauda šķīšanas siltums ~ 1793K), R ir universālā gāzes konstante 8,3144598 J / (mol K ), T ir vides temperatūra. Rezultātā istabas temperatūrā 300K mums ir K s = 843 l/mol. Skaitlis nav pareizs, jums vēlreiz jāpārbauda parametri.

(pievienots 12.06.2016) Ja kaustiskā soda nesadarbojas ar metāliem bez augstas temperatūras, tas ir drošs (metālam) attaukotājs paletēm, pannām un citām lietām (dzelzs, varš, nerūsējošais tērauds - bet ne alumīnija, teflona, titāna, cinka).

Ar hidrogenēšanu - dzidrinājumi. Preeksponenciālais koeficients K 0 atrodas diapazonā no 2,75-1011l/mol·s, tā nav nemainīga vērtība. Aprēķinot to nerūsējošajam tēraudam: 10 13 C m 2/3, kur C m ir tērauda atomu blīvums. Nerūsējošā tērauda atomu blīvums ir 8 10 22 at / cm 3 - K 0 \u003d 37132710668902231139280610806.786 at. / cm 3 \u003d - un tad viss ir iestrēdzis.

Uzmanīgi aplūkojot Šrādera grafikus, var izdarīt aptuvenu secinājumu par tērauda hidrogenēšanu OH (pazeminot temperatūru 2 reizes, process palēnina 1,5 reizes): aptuveni 5,93 cm 3 / kg pie 18,75 grādiem pēc Celsija - bet iekļūšanas laiks šāda tilpuma metālā nav norādīts. Suhotina A.M. grāmatā Zotikovs V.S. "Materiālu ķīmiskā izturība. Rokasgrāmata" 95. lappusē 8. tabulā parādīta ūdeņraža ietekme uz tēraudu ilgtermiņa izturību. Tas ļauj saprast, ka tēraudu hidrogenēšana ar ūdeņradi 150-460 atmosfēru spiedienā 1000-10000 stundu intervālā maina maksimālo stiprību 1,5 reizes. Tāpēc nav nepieciešams uzskatīt tēraudu hidrogenēšanu elektrolīzes laikā kā destruktīvu faktoru.

(pievienots 17.06.2016.) Labs veids, kā izjaukt akumulatoru: nesaplaciniet korpusu, bet atveriet to kā tulpes pumpuru. No pozitīvās ieejas pa gabalu nolociet uz leju cilindra daļas - pozitīvā ieeja tiek noņemta, grafīta stienis tiek atsegts - un gludi noskrūvējiet ar knaiblēm.

(pievienots 22.06.2016.) Vienkāršākās demontāžas baterijas ir Ashanov. Un tad dažos modeļos ir 8 plastmasas apļi grafīta stieņa nostiprināšanai - kļūst grūti to izvilkt, tas sāk drūpēt.

(pievienots 07.05.2016.) Pārsteigums: grafīta stienis tiek iznīcināts daudz ātrāk nekā anods no metāla: tikai dažu stundu laikā. Nerūsējošā tērauda izmantošana kā anoda ir labākais risinājums, ja aizmirstam par toksicitāti. Secinājums no visa šī stāsta ir vienkāršs: elektrolīze jāveic tikai brīvā dabā. Ja šī loma būs atvērts balkons - neveriet vaļā logus, bet izlaidiet vadus caur gumijas durvju blīvi (vienkārši nospiediet vadus ar durvīm). Ņemot vērā strāvu elektrolīzes laikā līdz 8A (interneta viedoklis) un līdz 1,5A (mana pieredze), kā arī datora barošanas bloka maksimālo spriegumu 24V, vadam jābūt nominālam 24V / 11A - tas ir jebkurš vads. izolācijā ar šķērsgriezumu 0,5 mm 2.

Tagad par dzelzs oksīdu uz jau apstrādātas detaļas. Ir daļas, kurās ir grūti ielīst, lai izdzēstu melno aplikumu (vai restaurējamu objektu, kad nevar berzēt virsmu ar dzelzs suku). Parsējot ķīmiskie procesi Es atklāju veidu, kā to noņemt ar citronskābi, un izmēģināju to. Patiešām, tas darbojas arī ar FeO - plāksne pazuda / sabruka 4 stundu laikā istabas temperatūrā, un šķīdums kļuva zaļš. Bet šī metode tiek uzskatīta par mazāk saudzējošu, jo. skābe un metāls apēd (nevar pārgaismot, pastāvīgs monitorings). Turklāt ir nepieciešama pēdējā skalošana ar sodas šķīdumu: vai nu skābes atlikumi apēdīs metālu gaisā, un tiks iegūts nevēlams pārklājums (zīpe uz ziepēm). Un jābūt uzmanīgiem: ja ar Fe 2 O 3 izdalās tik daudz kā 6CO, tad to, kas izdalās ar FeO, ir grūti paredzēt (organiskā skābe). Tiek pieņemts, ka FeO + C 6 H 8 O 7 \u003d H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (dzelzs citrāta veidošanās) - bet es arī izdala gāzi (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C) 6H5O 7) 2 + 3H 2). Viņi arī raksta, ka citronskābe sadalās gaismā un temperatūrā - es nekādā veidā nevaru atrast pareizo reakciju.

(pievienots 07.06.2016.) Izmēģināju citronskābi uz biezas rūsas kārtas uz nagiem - izšķīda 29 stundās. Kā gaidīts: citronskābe ir īpaši piemērota metāla attīrīšanai. Lai notīrītu biezu rūsu: uzklāt augstu citronskābes koncentrāciju, augstu temperatūru (līdz vārīšanās temperatūrai), bieži maisot - lai paātrinātu procesu, kas ir neērti.

Sodas pelnu šķīdumu pēc elektrolīzes praksē ir grūti atjaunot. Tas nav skaidrs: pievienojiet ūdeni vai pievienojiet soda. Galda sāls pievienošana kā katalizators pilnībā nogalināja šķīdumu + grafīta anods sabruka tikai stundas laikā.

Kopā: rupjā rūsa tiek noņemta ar elektrolīzi, FeO tiek kodināts ar citronskābi, daļa tiek mazgāta ar sodas šķīdumu - un iegūst gandrīz tīru dzelzi. Gāze reakcijas laikā ar citronskābi - CO 2 (citronskābes dekarboksilēšana), tumšs pārklājums uz dzelzs - dzelzs citrāts (viegli attīra-vidēji, neveic nekādas aizsardzības funkcijas, šķīst siltā ūdenī).

Teorētiski šīs oksīdu noņemšanas metodes ir ideāli piemērotas monētu atgūšanai. Ja vien mazākai šķīduma koncentrācijai un zemākai strāvai nav nepieciešamas vājākas reaģentu proporcijas.

(pievienots 07.09.2016.) Veikti eksperimenti ar grafītu. Sodas pelnu elektrolīzes laikā tas ļoti ātri sabrūk. Grafīts ir ogleklis, izšķīdinot elektrolīzes laikā, tas var reaģēt ar tēraudu un izgulsnēt dzelzs karbīdu Fe 3 C. Nosacījums 2000 grādi nav izpildīts, tomēr elektrolīze nav NU.

(pievienots 10.07.2016.) Elektrolizējot sodas pelnus, izmantojot grafīta stieņus, spriegumu nevar palielināt virs 12 V. Var būt nepieciešama mazāka vērtība — sekojiet līdzi grafīta sadalīšanās laikam pie jūsu sprieguma.

(pievienots 17.07.2016.) Atklāja vietējo rūsas noņemšanas metodi.

(pievienots 25.07.2016.) Citronskābes vietā varat izmantot skābeņskābi.

(pievienots 29.07.2016.) Rakstītas tērauda markas A2, A4 un citas Angļu burti: importēts un no vārda "austenīts".

(pievienots 10.11.2016.) Izrādās, ka ir vēl viens rūsas veids: dzelzs metahidroksīds FeO(OH). Tas veidojas, dzelzi ierokot zemē; Kaukāzā šī sloksnes dzelzs rūsēšanas metode tika izmantota, lai to piesātinātu ar oglekli. Pēc 10-15 gadiem iegūtais tērauds ar augstu oglekļa saturu kļuva par zobeniem.

1. iespēja

1. Uzrakstiet reakcijas vienādojumus: a) cinka iegūšana no cinka oksīda, reducējot ar akmeņoglēm; b) kobalta iegūšana no kobalta (II) oksīda, reducējot ar ūdeņradi; c) titāna iegūšana no titāna hlorīda (IV) magnija ar termiskiem līdzekļiem. Reakciju izjaukt kā redoksreakciju: norādiet atomu oksidācijas stāvokļus un sakārtojiet koeficientus, nosakot tos ar elektronu bilances metodi.

2. Izveidot elektrolīzes laikā notiekošo reakciju diagrammas un vienādojumus: a) kālija hlorīda kausējums; b) cinka bromīda šķīdums; c) dzelzs sulfāta šķīdums (II).

3. Kāda ir metāla korozijas būtība? Kādus korozijas veidus jūs zināt?
Korozija ir metālu un sakausējumu spontāna iznīcināšana ķīmiskas, elektroķīmiskas vai fizikāli ķīmiskas mijiedarbības ar vidi rezultātā.

4. Uz tērauda vāka tiek uzlikta vara kniede. Kas vispirms sabruks - vāks vai kniede? Kāpēc?
Tērauda pārsegs, jo tajā ir dzelzs, un dzelzs ir reaktīvāks metāls nekā varš un ātrāk korodē. Arī dzelzs un varš veido galvanisku pāri, kur dzelzs ir anods un ātrāk tiek iznīcināts varā - katodā, paliek neskarts.

2. iespēja

1. Uzrakstiet reakcijas vienādojumus: a) dzelzs iegūšana no dzelzs oksīda (III) ar aluminotermisko metodi; b) vara iegūšana no vara (II) oksīda, reducējot ar akmeņoglēm; c) volframa iegūšana no tā augstākā oksīda, reducējot ar ūdeņradi. Reakciju izjaukt kā redoksreakciju: norādiet atomu oksidācijas stāvokļus un sakārtojiet koeficientus, nosakot tos ar elektronu bilances metodi.

2. Izveidot elektrolīzes laikā notiekošo reakciju diagrammas un vienādojumus: a) vara (II) bromīda šķīdums; b) nātrija jodīda šķīdums; c) svina (II) nitrāta šķīdums.

3. Kādi faktori izraisa pastiprinātu metālu koroziju?

4. Kāpēc skārda (alvota) dzelzs tvertne ātri tiek iznīcināta aizsargslāņa bojājuma vietā?
Arī dzelzs un alva veido galvanisku elementu, kurā dzelzs ir anods, un tiek iznīcināts ātrāk, bet alva, katods, paliek neskarts.

3. iespēja

1. Uzrakstiet reakcijas vienādojumus: a) vara iegūšana no vara (II) oksīda, reducējot ar ūdeņradi; b) dzelzs iegūšana no dzelzs oksīda (III), reducējot ar oglekļa monoksīdu (II); c) vanādija iegūšana no vanādija (V) oksīda ar kalcija termisko metodi. Reakciju izjaukt kā redoksreakciju: norādiet atomu oksidācijas stāvokļus un sakārtojiet koeficientus, nosakot tos ar elektronu bilances metodi.

2. Izveidot elektrolīzes laikā notiekošo reakciju diagrammas un vienādojumus: a) kalcija hlorīda kausējums; b) kālija bromīda šķīdums; c) cinka sulfāta šķīdums.

3. Kādi faktori veicina metālu korozijas palēnināšanos?
- kodīgas vides neitralizācija vai deoksigenācija, kā arī dažāda veida korozijas inhibitoru izmantošana;
- Piemaisījumu noņemšana no metāla vai sakausējuma, kas paātrina korozijas procesu (dzelzs likvidēšana no magnija vai alumīnija sakausējumiem, sēra izvadīšana no dzelzs sakausējumiem).
- Nelabvēlīgu metāla kontaktu vai to izolācijas likvidēšana, plaisu un spraugu likvidēšana konstrukcijā, mitruma stagnācijas zonu likvidēšana.

4. Kuri metāli, savstarpēji saskaroties elektrolīta klātbūtnē, ātrāk tiek iznīcināti: a) varš un cinks; b) alumīnijs un dzelzs? Kāpēc?
Aktīvāks metāls no konkrētā pāra sadalīsies ātrāk
a) cinks ir aktīvāks metāls nekā varš;
b) alumīnijs ir aktīvāks metāls nekā dzelzs.

4. iespēja

1. Uzrakstiet reakcijas vienādojumus: a) molibdēna iegūšana no tā augstākā oksīda, reducējot ar ūdeņradi; b) hroma iegūšana no hroma (III) oksīda ar aluminotermisko metodi; c) niķeļa iegūšana no niķeļa oksīda (II), reducējot ar akmeņoglēm. Reakciju izjaukt kā redoksreakciju: norādiet atomu oksidācijas stāvokļus un sakārtojiet koeficientus, nosakot tos ar elektronu bilances metodi.

2. Izveidot elektrolīzes laikā notiekošo reakciju diagrammas un vienādojumus: a) vara (II) hlorīda šķīdums; b) nātrija jodīda šķīdums; c) niķeļa (II) nitrāta šķīdums.

3. Uzskaitiet veidus, kā cīnīties pret metālu koroziju.

4. Kāpēc uz cinkota tvertnes skrāpējuma vietā tiek iznīcināts cinks, un dzelzs nerūsē?
Cinks ir aktīvāks metāls nekā dzelzs. Arī dzelzs un cinks veido galvanisko elementu, kurā cinks ir anods, un tiek iznīcināts ātrāk, savukārt dzelzs, katods, paliek neskarts.