Geometria
Elektrolýza železa v soľnom roztoku. Získanie vysoko čistého železa. Riešenie chemických problémov o Faradayovom práve na stredoškolskom kurze

Elektrolýza železa v soľnom roztoku. Získanie vysoko čistého železa. Riešenie chemických problémov o Faradayovom práve na stredoškolskom kurze

Pri prechode elektrického prúdu cez kovy (vodiče 1. druhu) nedochádza k chemickým reakciám a kovy zostávajú nezmenené. Ak cez taveninu alebo roztok elektrolytu (vodiče 2. druhu) prechádza elektrický prúd, dochádza na rozhraní elektrolyt-kov vodič (elektróda) k rôznym chemickým reakciám (elektrolýze) a vznikajú nové zlúčeniny.

Elektrolýza je súbor procesov, ktoré sa vyskytujú, keď elektrický prúd prechádza elektrochemickým systémom pozostávajúcim z dvoch elektród a taveniny alebo roztoku elektrolytu.

Počas elektrolýzy sa katióny presúvajú na zápornú elektródu (katódu) a anióny sa presúvajú na kladnú elektródu (anódu). V tomto prípade však katióny a anióny elektrolytu nie sú vždy vybité, akceptujú alebo darujú elektróny. Často sa elektrolýznych reakcií zúčastňuje rozpúšťadlo-elektrolyt, ako je voda.

Zásadný rozdiel medzi reakciami v galvanickom článku a elektrolyzéri spočíva len v ich smere a spontánnosti. V uzavretom okruhu galvanického článku prebieha elektrochemická reakcia samovoľne a v elektrolyzéri len vplyvom elektrického prúdu z vonkajšieho zdroja.

Venujte pozornosť názvu elektród: v galvanickom článku je zápornou elektródou anóda a kladnou elektródou je katóda; v článku je naopak zápornou elektródou katóda a kladnou elektródou je anóda.

Malo by sa pamätať na to, že výrazy "negatívny" a "pozitívny" sa vždy vzťahujú na póly zdroja prúdu, takto označujú elektródy článku. Pri týchto procesoch je bežné, že ako v galvanickom článku, tak aj v elektrolyzéri vzniká na negatívnej elektróde nadbytok elektrónov a na kladnej ich nedostatok. Na katóde sa pôsobením elektrónov redukujú ióny alebo molekuly, na anóde sa častice oxidujú, čím sa ich elektróny odovzdajú elektróde.

V bunke sú katióny (M n+) prejdite na katódu (-) a anióny (A n–) - k anóde (+).

Rozkladné napätie elektrolytu počas elektrolýzy sa nazýva minimálne napätie (externé EMF), ktoré sa musí aplikovať na elektródy. Napríklad pre roztok chloridu zinočnatého za štandardných podmienok:

Zn 2+ + 2 ē = Zn φ° = - 0,76 B,

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

a rozkladné napätie sa rovná (v absolútnej hodnote) súčtu štandardných elektródových potenciálov oboch elektród: 0,76 + 1,36 = 2,12 V, t.j. rozkladné napätie nemôže byť nižšie ako EMF príslušného galvanického článku.

Rozkladné napätie je tvorený potenciálmi dvoch elektród – potenciálmi výboja iónov.

Vákuový potenciál katión sa niekedy nazýva depozičný potenciál kov. Toto je minimálny potenciál, ktorý sa musí aplikovať na elektródu, aby katión stratil náboj a došlo k usadzovaniu kovu. Pre niektoré ióny (Cu 2+, Ag +, Cd 2+) je depozičný potenciál blízky elektródovému potenciálu, zatiaľ čo pre iné ióny (Fe 2 +, Co 2 +, Ni 2 +) depozičné potenciály výrazne prevyšujú elektródové potenciály. kovov - pre elektrolýzu je potrebné určité prepätie.

Rozlišovať elektrolýza roztokov a elektrolýza taveniny. Elektrolýza roztokov sa delí na elektrolýza s inertnými elektródami a rozpustná anódová elektrolýza. Kovové (Pt, Au) a nekovové (grafitové) elektródy môžu byť inertné. Ako rozpustné anódy sa používajú anódy z Cr, Ni, Cd, Zn, Ag, Cu atď.

Niektoré kovy sa v dôsledku vysokej anodickej polarizácie prakticky nerozpúšťajú, ako napríklad Ni a Fe v alkalickom roztoku, Pb v H 2 SO 4 .

Elektrolýza roztokov inertnými elektródami. Pri elektrolýze vodných roztokov elektrolytov sa na katóde namiesto kovu uvoľňuje nie kov, ale vodík. V kyslom prostredí vzniká vodík reakciou:

2H++2 ē =H2.

V neutrálnom a alkalickom prostredí sa vodík tvorí reakciou zahŕňajúcou molekuly vody:

2H20+2 ē = H2 + OH-.

Katióny ako Na + alebo K + sa vo vodnom roztoku vôbec nevybíjajú, ale uvoľňuje sa vodík.

Katióny môžu byť zoskupené podľa ich schopnosti vybíjania, od nevybíjania až po ľahké vybíjanie. Zároveň sa menia aj produkty elektrolýzy. Pre niektoré katióny je možná súčasná tvorba kovu a vodíka.

Nižšie sú uvedené katióny v poradí podľa klesajúcej náročnosti ich vybíjania a produkty elektrolýzy:

Katióny Produkty elektrolýzy

Li+, K+, Na+, Mg2+, Al3+, H+ (presmerovanie) H2

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

Co2+, Ni2+, Sr2+, Pb2+, H+ (pH 0) M + H2

Cu2+, Ag+, Au3+ M

Odlišné postavenie vodíka v tejto sérii je vysvetlené nasledujúcimi dôvodmi. Poloha vodíka medzi olovom a meďou zodpovedá číselným hodnotám štandardných elektródových potenciálov pri OD M n+ = OD H+ = 1 mol/l, t.j. pri pH=0. Poloha vodíka medzi železom a kobaltom zodpovedá elektródovému potenciálu vodíka vo vode pri pH=7 (φº H 2 / H + = –0,414 V). Za týchto podmienok sa môžu z roztokov vyzrážať všetky kovy, hodnota φ ° ktoré sú väčšie ako –0,414 V. V praxi je však možné z vodných roztokov okrem kobaltu, niklu, cínu a olova vyzrážať aj zinok, chróm a železo. Vysvetľuje to skutočnosť, že uvoľňovanie plynného vodíka na katóde je brzdené prepätím vodíka.

Teda v rade katiónov z Li + až A1 3+ nevzniká kov a vodík sa uvoľňuje počas elektrolýzy v dôsledku redukcie vody. V rade katiónov z Mn 2+ až Pb 2+ počas elektrolýzy sa kov a vodík tvoria súčasne a nakoniec v sérii Cu 2+ - Au 3+ vzniká iba kov.

V dôsledku toho, čím ďalej vľavo (bližšie k začiatku) je kov v sérii štandardných elektródových potenciálov (séria napätí), tým ťažšie je izolovať tento kov elektrolýzou vodného roztoku.

Ak sa postupne zvyšujúce napätie aplikuje na roztok obsahujúci niekoľko katiónov, potom sa elektrolýza začne, keď sa dosiahne depozičný potenciál katiónu s najvyšším elektródovým potenciálom (najkladnejší). Počas elektrolýzy roztoku obsahujúceho ióny zinku (φ °= -0,76 V) a meď (φ ° = +0,34 V), najskôr sa na katóde uvoľní meď a až po vybití takmer všetkých iónov Cu 2+ sa začne uvoľňovať zinok. Touto cestou, ak roztok súčasne obsahuje rôzne katióny, potom počas elektrolýzy môžu byť izolované postupne v súlade s hodnotami ich elektródových potenciálov. V tomto prípade sa predpokladá, že prepätie uvoľnenia kovu je pre nich približne rovnaké (a malé).

Čo sa týka potenciál aniónového výboja, potom je tu obraz oveľa komplikovanejší kvôli schopnosti vody zúčastniť sa procesu elektrolýzy. Vo všeobecnosti môžeme povedať, že anióny s najnižším potenciálom (najmenej kladné) sa najskôr vybijú na anóde. Ak roztok obsahuje ióny Cl - (φº = 1,36 V), Br - (φº = 1,09 V) a I - (φº = 0,54 V), potom sa vytvorí najskôr jód, potom bróm a nakoniec chlór. Fluoridové ióny vo vodnom roztoku sa vôbec nedajú vybiť (φ ° = 2,87 V).

Väčšina aniónov obsahujúcich kyslík (okrem acetátového iónu) sa nevypúšťa vo vodnom roztoku, namiesto nich v kyslom a neutrálne riešenia voda sa rozkladá:

2H20 - 4 ē \u003d O2 + 4H +,

a v alkalických roztokoch - vypúšťanie hydroxidových iónov:

2OH--2 ē \u003d 1/2 O2 + H20.

Podľa ich schopnosti vybíjať sa pri elektrolýze vodných roztokov sa anióny nachádzajú v ďalší riadok od nevypúšťania aniónov kyselín obsahujúcich kyslík vo vodnom roztoku, ako sú SO 4 2–, NO 3 - po ľahké vypúšťanie:

Produkty aniónovej elektrolýzy

SO 4 2–, NO 3 - atď., OH - O 2

Cl-, Br-, I- Cl2 (ClO-, ClO3-), Br2, I2 (+ O2)

S2– S, SO2 (+ O2)

Je teda možné sformulovať nasledujúce hlavné pravidlá pre elektrolýzu vodných roztokov elektrolytov s nerozpustnými elektródami:

1. Z aniónov elektrolytov sa na anóde najskôr vybijú anióny bezkyslíkatých kyselín (Cl -, Br -, S 2- atď.).

2. Anióny kyselín s obsahom kyslíka (SO 4 2–, NO 3 –, CO 3 2– atď.) v prítomnosti vody nevypúšťajú, namiesto nich sa oxiduje voda podľa reakcie:

2H20-4 ē \u003d O2 + 4H+.

3. Aktívne kovy nachádzajúce sa v sérii napätí až po Al (vrátane) na katóde sa neobnovujú, namiesto toho sa obnovuje voda:

2H20+2 ē \u003d H2 + 2OH-.

4. Kovy nachádzajúce sa v sérii napätí po hliníku, ale pred vodíkom, sa redukujú na katóde spolu s molekulami vody:

K: 1) Zn2+ + 2 ē = Zn

2) 2H20 + 2 ē \u003d H2 + 2OH-.

5. Kovy s kladnou hodnotou elektródového potenciálu sa redukujú na katóde v prvom rade:

Cu 2+ + 2 ē = Cu

Napríklad pri elektrolýze kyseliny sírovej (grafitové elektródy) dochádza k nasledujúcim procesom:

na katóde 2H++ 2 ē = H 2

na anóde 2H20 - 4 ē \u003d O2 + H+.

Súhrnná rovnica:

2H20 \u003d 2H2 + O2,

tie. pri elektrolýze roztoku kyseliny sírovej sa rozkladom molekúl vody uvoľňuje vodík a kyslík. Produkty elektrolýzy: vodík a kyslík.

Elektrolýza roztoku síranu meďnatého:

na katóde Cu 2 + + 2 ē = Cu,

na anóde 2H20 - 4 ē \u003d O2 + 4H+

Súhrnná rovnica:

2Cu2+ + 2H20 \u003d 2Cu + O2 + 4H+

2CuS04 + 2H20 \u003d 2Cu + O2 + 2H2S04.

Produkty elektrolýzy: meď, kyslík, kyselina sírová.

Možnosť výboja aniónu závisí od jeho koncentrácie. Produkty elektrolýzy koncentrovaných a zriedených roztokov NaCl sú teda chlór a kyslík.

Elektrolýza zriedeného roztoku chloridu sodného prebieha bez vybitia iónov Cl - (a podľa toho aj iónov Na +), t.j. voda sa rozkladá. Keď sa koncentrácia soli na anóde zvyšuje, chlór sa uvoľňuje spolu s kyslíkom a chlór sa tvorí v koncentrovaných roztokoch (s prímesou kyslíka):

na katóde 2H20+2 ē \u003d H2 + 2OH -

na anóde 2Cl--2 ē = Cl2 .

Súhrnná rovnica:

2Cl - + 2H20 \u003d H2 + Cl2 + 2OH -

2NaCl + 2H20 \u003d H2 + Cl2 + 2NaOH.

Produkty elektrolýzy: vodík, chlór a hydroxid sodný.

V prípade uvoľňovania chlóru pri elektrolýze roztokov chloridov je hlavný proces tvorby chlóru superponovaný reakciami interakcie chlóru s vodou (hydrolýza) a následnými premenami výsledných látok. Hydrolýza chlóru prebieha za vzniku slabej kyseliny chlórnej a chloridových iónov ( kyselina chlorovodíková):

Cl2 + H20 \u003d H+ + Cl- + HC10.

Kyselina chlórna s alkáliou vznikajúcou pri elektrolýze (presnejšie Na + + OH -) dáva ako produkt chlórnan sodný NaClO. V alkalickom prostredí má celková reakčná rovnica tvar:

Cl2 + 2NaOH \u003d NaCl + NaClO + H20.

Pri zvýšených teplotách (vriaca voda) hydrolýza chlóru prebieha za vzniku chlorečnanu. Možné reakčné rovnice:

3Cl2 + 3H20 \u003d ClO3 - + 5 Cl - + 6H +,

3HClO \u003d ClO3 - + 2Cl - + 3H +,

3СlО - = СlO 3 - + 2Сl -.

V alkalickom prostredí má celková rovnica tvar

3Cl2 + 6NaOH \u003d NaCl03 + 5NaCl + 3H20.

Elektrolýza membrány. Počas elektrolýzy zriedeného roztoku chloridu sodného sa ióny Na + pohybujú ku katóde, ale uvoľňuje sa vodík:

2H20+2 ē \u003d H2 + OH -

a roztok hydroxidu sodného sa skoncentruje.

Chloridové ióny sa pohybujú k anóde, ale kvôli ich nízkej koncentrácii nevzniká hlavne chlór, ale kyslík:

2H20-4 ē \u003d O2 + 4H+

a koncentrovaný roztok kyseliny chlorovodíkovej.

Ak sa elektrolýza uskutočňuje v kadičke alebo inej podobnej nádobe, roztoky zásad a kyselín sa zmiešajú a elektrolýza sa zredukuje na tvorbu vodíka a kyslíka v dôsledku rozkladu vody. Ak sú na druhej strane priestory anódy a katódy oddelené prepážkou (membránou), ktorá umožňuje prechod iónov s prúdom, ale bráni zmiešaniu roztokov blízkych elektróde, potom je možné ako produkty elektrolýzy získať roztoky kyselín a zásad. .

Počas elektrolýzy roztoku chloridu sodného sa na katóde tvoria hydroxidové ióny podľa reakcie:

2H20+2 ē \u003d H2 + 2OH -

okamžite sa začnú podieľať na prenose elektriny a spolu s iónmi C1 sa presunú na anódu, kde sa oba ióny vybijú a vznikne zmes kyslíka a chlóru. Preto produkcia chlóru klesá. Ak je anóda vyrobená z uhlia (grafitu), potom sa oxiduje kyslíkom a vznikajú oxidy uhlíka CO a CO 2, znečisťujúce chlór. Ďalej, chlór vytvorený na anóde interaguje s hydroxidovými iónmi:

C12 + OH - \u003d H + + Cl - + OSl -.

Tvorba chlórnanových iónov je tiež nežiaduci proces (ak nie je cieľom získať roztok chlórnanu sodného). Všetkým týmto nežiaducim následkom možno predísť použitím membrány oddeľujúcej katódový a anódový priestor a zadržiavajúcej OH- ióny, ale prepúšťajúce Cl- ióny. Nakoniec membrána zabraňuje difúzii plynov a umožňuje získať čistejší vodík.

Ak roztok obsahuje viacero aniónov, je ťažšie predpovedať postupnosť ich výboja na anóde ako u katiónov, ale všeobecne platí pravidlo, že anión s najnižšou hodnotou potenciálu (alebo najvyššou zápornou hodnotou elektródový potenciál reakcie prebiehajúcej na anóde).

Elektrolýza roztokov s rozpustnou anódou. Elektrolýza s rozpustnou anódou je možná vtedy, keď kov uvoľňuje elektróny ľahšie ako ióny Cl-, OH- alebo molekuly vody. Napríklad na medenej anóde v roztoku chloridu meďnatého alebo síranu meďnatého sa neuvoľňuje chlór ani kyslík, ale dochádza k prechodu do roztoku iónov Cu 2+. Súčasne sa na katóde vypúšťajú rovnaké ióny a ukladá sa kovová meď. Elektrolýza s rozpustnou anódou sa teda redukuje na prenos medi z anódy na katódu.

Reakcia na anóde je vo väčšine prípadov komplikovaná mnohými vedľajšími a často nežiaducimi procesmi. Napríklad výsledné ióny môžu vytvárať oxidy, hydroxidy a ich filmy:

M2+ + 2OH - \u003d MO + H20.

Na anóde je možný aj vývoj kyslíka:

2H20-4 ē \u003d O2 + 4H +,

ktoré sa môžu podieľať na širokej škále reakcií elektrolytického systému.

Pri tvorbe plynných produktov, najmä kyslíka, sa vo väčšine prípadov potenciály rozkladu nezhodujú s potenciálmi elektród v dôsledku vysokých hodnôt prepätia. . Prepätie je rozdiel medzi skutočným rozkladným napätím a teoreticky vypočítaným z elektródových potenciálov EMF zodpovedajúcej reakcie. Zvlášť silný vplyv na veľkosť prepätia má charakter uvoľňovanej látky (pre chlór, bróm a jód je prepätie veľmi nevýznamné) a materiál elektródy. Nižšie sú uvedené údaje o prepätí počas vývoja vodíka a kyslíka na rôznych katódach a anódach.

Prepätie elektród, V

Vodík Kyslík

Pt sčernená 0,00 0,2–0,3

Pt svetlé 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

Prepätie závisí aj od tvaru elektród, stavu ich povrchu, prúdovej hustoty, teploty roztoku, intenzity miešania roztoku a ďalších faktorov.

Prepätie vodíka na železe je ~ 0,1 V a kyslíka na tom istom materiáli ~ 0,3 V. Preto bude prepätie pri elektrolýze na železných elektródach 0,1 + 0,3 = 0,4 V. Súčet tejto hodnoty a teoreticky vypočítaný bude minimálna hodnota vybíjacieho napätia príslušného elektrolytu.

Postoj k prepätiu je ambivalentný. Prepätie vedie na jednej strane k zvýšenej spotrebe energie, na druhej strane sa vplyvom prepätia môže z vodných roztokov ukladať veľa kovov, ktoré by sa podľa hodnôt ich štandardných elektródových potenciálov deponovať nemali. Sú to Fe, Pb, Sn, Ni, Co, Zn , cr. V dôsledku prepätia, ako aj vplyvu koncentrácie roztoku na potenciál elektródy je možné elektrolytické chrómovanie a niklovanie železných produktov a dokonca aj sodík možno získať z vodného roztoku na ortuťovej elektróde. .

Zriedenie vo vodnom roztoku iónov Cl - a nie OH - v roztokoch s vysokou koncentráciou elektrolytu sa vysvetľuje aj prepätím kyslíka. Toto prepätie však nestačí na vybitie iónov F a uvoľnenie voľného fluóru.

Veľkosť prepätia ovplyvňuje mnoho ďalších kinetických faktorov - rýchlosť prenosu častíc na elektródy a odstraňovanie produktov elektrolýzy, rýchlosť procesu deštrukcie hydrátu a iných obalov vybitých iónov, rýchlosť spájania atómov na dvojatómové molekuly plynu atď.

Sojuz Sovetskiz

socialistický

republiky

Automaticky závislý. posudky ¹

Nárokované 11L1!.1964 (č. 886625/22-2) Trieda. 40. rokov, ZOO s prílohou prihlášky č. IPC C 22d

MDT 669.174: 669.177.035.

45 (088,8) Štátny výbor pre vynálezy a objavy ZSSR

Žiadateľ Ústredný výskumný ústav železnej metalurgie pomenovaný po I.P. Bardinovi

SPÔSOB VÝROBY ŽELEZA ELEKTROlýzou

ROZPUSTNÁ SOĽ S ROZPUSTNÝMI ANÓDAMI

Predmet vynálezu

Podpisová skupina ¹ 1bO

Známe spôsoby výroby železa a iných kovov v vodné roztoky a v roztavených soliach Navrhovaný spôsob výroby železa elektrolýzou roztavených solí s rozpustnými anódami z liatiny alebo produktov nedoménovej redukcie materiálu železnej rudy sa líši od tých známych v tom, že na získanie železa vysokej čistoty sa uskutočňuje elektrolýza v roztavenom chloride sodnom s prídavkom chloridu železitého v množstve nie väčšom ako 10 "hmotnostne, vztiahnuté na železo, pri 850 - 900 C a hustote anódového a katódového prúdu do 0,4 a 10 A/cm- .

Podľa navrhovaného spôsobu sa počiatočné materiály obsahujúce železo vo forme kúskov, brikiet, granúl, triesok alebo dosiek vložia do elektrolyzéra, napríklad s keramickou výstelkou, a podrobia sa elektrickej rafinácii pri 850 - 900 °C. v atmosfére dusíka alebo iného inertného plynu.

Práškové čisté železo nanesené na katóde sa periodicky vypúšťa z kúpeľa a drví, aby sa separáciou vzduchu oddelila časť elektrolytu vráteného do kúpeľa. Zvyškový elektrolyt sa od železa oddelí vákuovou separáciou pri 900 - 950 C alebo hydrometalurgickým spracovaním.

Výhodou navrhovanej metódy je zvýšená čistota železa s obsahom hlavného prvku až 99,995 %. a

Spôsob získavania železa elektrolýzou roztavených solí s rozpustnými anódami15 z liatiny alebo produktov nedoménovej redukcie materiálu železnej rudy, vyznačujúci sa tým, že na získanie železa so zvýšenou čistotou sa elektrolýza uskutočňuje v roztavenom chloride sodnom s

20 s prídavkom chloridu železitého v množstve nepresahujúcom 10 % hmotnosti, počítané ako železo, s

850 - 9 C a hustoty anódového a katódového prúdu až do 0,4 a 10 a / s -.

Podobné patenty:

Vynález sa týka oblasti elektrochemickej výroby práškov kovov platinovej skupiny a môže byť použitý na katalýzu v chemickom priemysle, elektrochemickej energetike, mikroelektronike.

Výroba železa (čítaj liatiny a ocele) elektrolýzou namiesto konvenčného tavenia by mohla zabrániť emisii miliardy ton oxid uhličitý do atmosféry každý rok. Tak hovorí Donald Sadoway z Massachusetts Technologický inštitút(MIT), ktorý vyvinul a otestoval „zelenú“ metódu výroby železa elektrolýzou jeho oxidov.

Ak by sa proces, demonštrovaný v laboratórnych podmienkach, mohol rozšíriť, mohlo by to eliminovať potrebu konvenčného tavenia, ktoré uvoľňuje do atmosféry takmer tonu oxidu uhličitého na každú tonu vyrobenej ocele.

V konvenčnej technológii sa železná ruda kombinuje s koksom. Koks reaguje so železom, vytvára CO2 a oxid uhoľnatý a zanecháva zliatinu železo-uhlík, liatinu, ktorá sa potom môže pretaviť do ocele.

Pri metóde Sadoway sa železná ruda mieša s rozpúšťadlom - oxidom kremičitým a nehaseným vápnom - pri teplote 1600 stupňov Celzia - a touto zmesou prechádza elektrický prúd.

Záporne nabité ióny kyslíka migrujú na kladne nabitú anódu, odkiaľ kyslík uniká. Pozitívne nabité ióny železa migrujú na záporne nabitú katódu, kde sa redukujú na železo, ktoré sa zhromažďuje v spodnej časti článku a je odčerpávané.

Podobný proces sa používa pri výrobe hliníka (a vyžaduje si slušné množstvo elektriny), ktorého oxid je taký stabilný, že sa vlastne nedá redukovať uhlíkom vo vysokej peci, v ktorej sa napríklad vyrába surové železo . A je jasné, že oceliarsky priemysel nikdy nemal dôvod prejsť na elektrolýzu železnej rudy, pretože sa ľahko redukuje uhlíkom.

Ale ak vlády rozdielne krajiny začnú uvalovať vysoké dane na emisie skleníkových plynov – najmä oxidu uhličitého, potom by sa nový spôsob výroby surového železa mohol stať atraktívnejším. Je pravda, že od laboratórnych zariadení tohto druhu po priemyselné zariadenia, ako odhadujú vedci, to bude trvať 10-15 rokov.

Autor práce hovorí, že najväčšou prekážkou je nájsť praktický materiál na anódu. Pri pokusoch použil anódu vyrobenú z grafitu. Uhlík však, žiaľ, reaguje s kyslíkom, pričom sa do ovzdušia uvoľňuje toľko oxidu uhličitého ako pri bežnom tavení železa.

Ideálne platinové anódy sú napríklad príliš drahé na výrobu vo veľkom meradle. Ale môže existovať východisko - vo výbere niektorých odolných kovových zliatin, ktoré na svojom vonkajšom povrchu vytvárajú oxidový film, ale stále vedú elektrinu. Možno použiť aj vodivú keramiku.

Ďalší problém je ten nový proces spotrebuje veľa elektriny - asi 2 tisíc kilowatthodín na tonu vyrobeného železa. Ekonomický a dokonca ekologický zmysel v novom spôsobe výroby železa sa prejaví len za predpokladu, že táto elektrina bude vyrábaná nejakým ekologickým, a zároveň lacným spôsobom, bez emisií oxidu uhličitého. Priznáva to aj samotný autor metódy.

V súvislosti s výskytom určitého plynu, ktorý spôsobuje okamžitý pálivý kašeľ. Tento článok je identifikáciou tohto plynu. Článok je plný vzorcov; počet vzorcov je spôsobený netriviálnosťou samotného procesu elektrolýzy a samotnej hrdze. Chemici a chemici, pomôžte uviesť článok do úplného súladu s realitou; je vašou povinnosťou postarať sa o „malých“ bratov v prípade chemického nebezpečenstva.

Nech je tam železo Fe 0:
- ak by na Zemi nebola voda, potom by priletel kyslík - a vytvoril by oxid: 2Fe + O 2 \u003d 2FeO (čierny). Oxid ďalej oxiduje: 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 (červeno-hnedý). FeO 2 neexistuje, to sú výmysly školákov; ale Fe 3 O 4 (čierny) je celkom skutočný, ale umelý: dodávanie prehriatej pary na železo alebo redukcia Fe 2 O 3 vodíkom pri teplote asi 600 stupňov;
- ale na Zemi je voda - v dôsledku toho majú oxidy železa aj železa tendenciu premeniť sa na základ Fe (OH) 2 (biely ?!. Na vzduchu rýchlo stmavne - nie je to bod nižšie): 2Fe + 2H20 + 02 \u003d 2Fe(OH)2, 2Fe0 + H20 = 2Fe(OH)2;
- ďalej ešte horšie: na Zemi je elektrina - všetky tieto látky majú tendenciu meniť sa na bázu Fe (OH) 3 (hnedá) v dôsledku prítomnosti vlhkosti a rozdielu potenciálov (galvanický pár). 8Fe(OH)2 + 4H20 + 202 = 8Fe(OH)3, Fe203 + 3H20 = 2Fe(OH)3 (pomaly). To znamená, že ak je železo uložené v suchom byte, hrdzavie pomaly, ale drží; zvýšte vlhkosť alebo namočte - zhorší sa to a zapichnite do zeme - bude to veľmi zlé.

Príprava roztoku na elektrolýzu je tiež zaujímavý proces:
- najprv sa vykoná analýza dostupných látok na prípravu roztokov. Prečo sóda a voda? Soda Na 2 CO 3 obsahuje kov Na, ktorý je v mnohých elektrických potenciáloch oveľa vľavo od vodíka – čo znamená, že počas elektrolýzy sa kov nebude redukovať na katóde (v roztoku, ale nie v tavenine) a voda sa rozloží na vodík a kyslík (v roztoku). Existujú len 3 varianty reakcie roztoku: kovy naľavo od vodíka sa neredukujú, slabo naľavo od vodíka sa redukujú za uvoľnenia H 2 a O 2, napravo od vodíka sú jednoducho znížená na katóde. Tu je proces pomedenia povrchu dielov v roztoku CuSo 4, galvanizácia v ZnCl 2, niklovanie v NiSO 4 + NiCl 2 atď.;
- na riedenie sódy vo vode stojí v pokoji, pomaly a bez dýchania. Obal neroztrhajte rukami, ale strihajte nožnicami. Potom musia byť nožnice vložené do vody. Ktorýkoľvek zo štyroch druhov sódy (jedlo, sóda, pranie, lúh) odoberá vlhkosť zo vzduchu; jeho trvanlivosť je v skutočnosti určená časom akumulácie vlhkosti a zhlukovania. To znamená, že v sklenenej nádobe je trvanlivosť večnosť. Akákoľvek sóda vytvára po zmiešaní s vodou a elektrolýzou roztok hydroxidu sodného, ktorý sa líši iba koncentráciou NaOH;
- sóda sa zmieša s vodou, roztok získa modrastú farbu. Mohlo by sa zdať, že došlo k chemickej reakcii – ale nie: ako v prípade kuchynskej soli a vody, roztok nemá chemickú reakciu, ale iba fyzikálnu: rozpustenie tuhej látky v kvapalnom rozpúšťadle (voda ). Tento roztok môžete vypiť a dostať miernu až stredne závažnú otravu – nič smrteľné. Alebo sa odparte a získajte sódu späť.

Výber anódy a katódy je celý podnik:
- je žiaduce zvoliť anódu ako pevný inertný materiál (aby sa nezrútila, vrátane kyslíka, a nezúčastňovala sa na chemické reakcie) - to je dôvod, prečo hrá úlohu nehrdzavejúca oceľ (čítal som kacírstvo na internete, skoro som sa otrávil);
- katódou je čisté železo, inak bude hrdza pôsobiť ako nadmerne vysoký odpor elektrického obvodu. Ak chcete žehličku, ktorá sa má čistiť, úplne vložiť do roztoku, musíte ju prispájkovať alebo priskrutkovať k inej žehličke. V opačnom prípade sa samotný kov držiaka železa bude podieľať na riešení ako neinertný materiál a ako úsek obvodu s najmenším odporom (paralelné spojenie kovov);
- zatiaľ nie je špecifikované, ale mala by existovať závislosť pretekajúceho prúdu a rýchlosti elektrolýzy od plochy povrchu anódy a katódy. To znamená, že jedna skrutka z nehrdzavejúcej ocele M5x30 nemusí stačiť na rýchle odstránenie hrdze z dverí auta (aby sa využil plný potenciál elektrolýzy).

Vezmime si ako príklad inertnú anódu a katódu: uvažujeme o elektrolýze iba modrého roztoku. Hneď ako sa pripojí napätie, roztok sa začne transformovať na konečný: Na2CO3 + 4H20 \u003d 2NaOH + H2CO3 + 2H2 + O2. NaOH - hydroxid sodný - šialená alkália, lúh sodný, Freddy Krueger v nočnej more: najmenší kontakt tejto suchej látky s mokrými povrchmi (pokožka, pľúca, oči atď.) spôsobuje pekelné bolesti a rýchlo nezvratné (ale v miernom stupni zotaviteľné popálenín) poškodenie. Našťastie je hydroxid sodný rozpustený v kyseline uhličitej H 2 CO 3 a vode; keď sa voda nakoniec odparí vodíkom na katóde a kyslíkom na anóde, vytvorí sa maximálna koncentrácia NaOH v kyseline uhličitej. Tento roztok je absolútne nemožné piť, ovoniavať, je tiež nemožné strkať si prsty (čím dlhšia elektrolýza, tým viac páli). Môžete s ním čistiť potrubia, pričom rozumiete jeho vysokej chemickej aktivite: ak sú potrubia plastové, môžete ich držať 2 hodiny, ale ak sú kovové (mimochodom uzemnené) - potrubia začnú jesť: Fe + 2NaOH + 2H20 \u003d Na2 + H2, Fe + H2CO3 \u003d FeC03 + H2.

Toto je prvá z možných príčin dusivého „plynu“, fyzikálno-chemický proces: nasýtenie vzduchu roztokom koncentrovaného hydroxidu sodného v kyseline uhličitej (vriace bubliny kyslíka a vodíka ako nosičov). V knihách z 19. storočia sa kyselina uhličitá používa ako jedovatá látka (vo veľkom množstve). To je dôvod, prečo sa vodiči, ktorí inštalujú batériu do auta, poškodia kyselinou sírovou (v skutočnosti tá istá elektrolýza): v procese nadprúdu na vysoko vybitú batériu (auto nemá žiadne prúdové obmedzenie) elektrolyt na krátky čas vrie , kyselina sírová vychádza spolu s kyslíkom a vodíkom v kabíne. Ak je miestnosť úplne vzduchotesná, v dôsledku zmesi kyslíka a vodíka (výbušný plyn) môžete zničením miestnosti dostať dobrú ranu. Video ukazuje šírky v miniatúre: pôsobením roztavenej medi sa voda rozkladá na vodík a kyslík a kov má viac ako 1100 stupňov (viem si predstaviť, ako je ním celá zaplnená miestnosť) ... O príznakoch vdýchnutia NaOH: žieravina, pocit pálenia, bolesť hrdla, kašeľ, dýchavičnosť, dýchavičnosť; príznaky môžu byť oneskorené. Pocit, že to perfektne sedí.
...zároveň Vladimír Vernadskij píše, že život na Zemi bez kyseliny uhličitej rozpustenej vo vode je nemožný.

Katódu vymeníme za hrdzavý kus železa. Začína sa celý rad vtipných chemických reakcií (a je to tu, boršč!):
- hrdza Fe (OH) 3 a Fe (OH) 2 ako bázy začnú reagovať s kyselinou uhličitou (uvoľňujúcou sa na katóde), čím sa získa siderit (červeno-hnedý): 2Fe (OH) 3 + 3H 2 CO 3 \u003d 6H20 + Fe2(C03)3, Fe (OH)2 + H2C03 \u003d FeC03 + 2 (H20). Oxidy železa sa nezúčastňujú reakcie s kyselinou uhličitou, pretože. nedochádza k silnému zahrievaniu a kyselina je slabá. Elektrolýza tiež neobnovuje železo na katóde, pretože. tieto bázy nie sú riešením, ale anóda nie je železo;
- lúh sodný ako zásada nereaguje so zásadami. Nevyhnutné podmienky pre Fe(OH) 2 (amfotérny hydroxid): NaOH > 50 % + varenie v dusíkovej atmosfére (Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na2). Nevyhnutné podmienky pre Fe (OH) 3 (amfotérny hydroxid): fúzia (Fe (OH) 3 + NaOH \u003d NaFe02 + 2H20). Nevyhnutné podmienky pre FeO: 400-500 stupňov (FeO + 4NaOH \u003d 2H20 + Na4FeO3). Alebo možno existuje reakcia s FeO? FeO + 4NaOH = Na 4 FeO 3 + 2H 2 O - ale len pri teplote 400-500 st. Dobre, možno hydroxid sodný odstráni časť železa - a hrdza jednoducho spadne? Ale tu je problém: Fe + 2NaOH + 2H20 \u003d Na2 + H2 - ale pri varení v dusíkovej atmosfére. Čo je to sakra za roztok lúhu sodného bez elektrolýzy, ktorý odstraňuje hrdzu? Ale nijako to neodstraňuje (vylial som presne priehľadný roztok lúhu z "Auchana"). Odstráni mastnotu a v mojom prípade kúskom matizu rozpustil farbu a základný náter (odolnosť základného náteru voči NaOH je v jeho výkonových charakteristikách) - čím sa obnažil čistý železný povrch, hrdza jednoducho zmizla. Záver: sóda je potrebná len na získanie kyseliny elektrolýzou, ktorá čistí kov, pričom hrdzu na seba naberá zrýchleným tempom; hydroxid sodný sa zdá byť mimo prevádzky (ale bude reagovať s úlomkami v katóde a vyčistiť ju).

O cudzorodých látkach po elektrolýze:
- roztok zmenil farbu, "zašpinil": so zreagovanými zásadami Fe(OH) 3, Fe(OH) 2;
- čierny plak na žľaze. Prvá myšlienka: karbid železa Fe 3 C (karbid triželeza, cementit), nerozpustný v kyselinách a kyslíku. Podmienky však nie sú rovnaké: na jeho získanie je potrebné použiť teplotu 2000 stupňov; a pri chemických reakciách nie je voľný uhlík, ktorý by sa mohol pripojiť k železu. Druhá myšlienka: jeden z hydridov železa (nasýtenie železa vodíkom) - ale to tiež nie je pravda: podmienky na získanie nie sú rovnaké. A potom to prišlo: oxid železa FeO, zásaditý oxid nereaguje ani s kyselinou, ani s hydroxidom sodným; a tiež Fe203. A amfotérne hydroxidy sú vrstvy nad zásaditými oxidmi, chrániace kov pred ďalším prenikaním kyslíka (nerozpúšťajú sa vo vode, zabraňujú prístupu vody a vzduchu k FeO). Vyčistené časti môžete vložiť do kyseliny citrónovej: Fe 2 O 3 + C 6 H 8 O 7 \u003d 2FeO + 6CO + 2H 2 O + 2H 2 (osobitná pozornosť sa venuje uvoľňovaniu oxidu uhoľnatého a skutočnosti, že kyselina a kov jedia pri kontakte) - a FeO sa odstráni bežnou kefou. A ak zahrejete najvyšší oxid v oxide uhoľnatém a nevyhoríte, obnoví železo: Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2;
- biele vločky v roztoku: niektoré soli, ktoré sú nerozpustné počas elektrolýzy buď vo vode, alebo v kyseline;
- iné látky: železo je spočiatku "špinavé", voda sa spočiatku nedestiluje, rozpustenie anódy.

Druhou z možných príčin dusenia „plynu“ je fyzikálny a chemický proces: železo spravidla nie je čisté - s galvanizáciou, základným náterom a inými látkami tretích strán; a voda - s minerálmi, síranmi atď. Ich reakcia pri elektrolýze je nepredvídateľná, do ovzdušia sa môže dostať čokoľvek. Môj kúsok bol však taký malý (0,5x100x5) a voda z vodovodu (slabo mineralizovaná) pravdepodobne nebude príčinou. Tiež zmizla myšlienka prítomnosti cudzích látok v samotnej sóde: iba to je uvedené na obale v kompozícii.

Treťou možnou príčinou dusivého plynu je chemický proces. Ak je katóda obnovená, potom anóda musí byť zničená oxidáciou, ak nie je inertná. Nerezová oceľ obsahuje asi 18% chrómu. A tento chróm sa pri zničení dostáva do ovzdušia vo forme šesťmocného chrómu alebo jeho oxidu (CrO 3, anhydrid chrómu, červenkastý - ďalej si o ňom povieme), silného jedu a karcinogénu s oneskorenou katalýzou rakoviny pľúc. Smrteľná dávka je 0,08 g/kg. Zapaľuje benzín pri izbová teplota. Uvoľňuje sa pri zváraní nehrdzavejúcej ocele. Hrôza je, že pri vdýchnutí má rovnaké príznaky ako hydroxid sodný; a hydroxid sodný sa už javí ako neškodné zviera. Súdiac podľa popisu prípadov aspoň bronchiálnej astmy, musíte pracovať ako pokrývač 9 rokov a dýchať tento jed; je však popísaný jasný oneskorený účinok - to znamená, že môže strieľať 5 aj 15 rokov po jedinej otrave.

Ako skontrolovať, či chróm vyčnieval z nehrdzavejúcej ocele (kde - zostáva otázka). Svorník po reakcii sa stal lesklejším ako rovnaký svorník z rovnakej šarže - zlé znamenie. Ako sa ukázalo, nehrdzavejúca oceľ je taká, pokiaľ oxid chrómu existuje vo forme ochranného povlaku. Ak bol oxid chrómu zničený oxidáciou počas elektrolýzy, potom bude takáto skrutka intenzívnejšie hrdzavieť (voľné železo bude reagovať a potom chróm v zložení nedotknutej nehrdzavejúcej ocele oxiduje na CrO). Preto vytvoril všetky podmienky pre hrdzavenie dvoch skrutiek: slaná voda a teplota roztoku 60-80 stupňov. Nerezová oceľ triedy A2 12X18H9 (X18H9): obsahuje 17-19 % chrómu (av zliatinách nehrdzavejúceho železa a niklu je chróm ešte vyšší, až ~ 35 %). Jedna zo skrutiek sčervenala na niekoľkých miestach, všetky miesta - v kontaktnej zóne nehrdzavejúcej ocele s roztokom! Najčervenšia je pozdĺž línie kontaktu s roztokom.

A moje šťastie bolo, že sila prúdu bola vtedy pri elektrolýze len 0,15A, kuchyňa bola zatvorená a okno v nej otvorené. V mojej mysli bolo jasne vtlačené: vylúčiť nehrdzavejúcu oceľ z elektrolýzy alebo to urobiť na otvorenom priestranstve a na diaľku (neexistuje žiadna nehrdzavejúca oceľ bez chrómu, to je jej legujúci prvok). Pretože nehrdzavejúca oceľ NIE JE inertnou anódou počas elektrolýzy: rozpúšťa sa a uvoľňuje jedovatý oxid chrómu; pohoví chemici, zabíjajte sa o stenu, kým niekto nezomrie na vašu radu! Otázkou zostáva, v akej forme, koľko a kde; ale berúc do úvahy uvoľňovanie čistého kyslíka na anóde, CrO je už presne oxidovaný na prechodný oxid Cr 3 O 2 (tiež jedovatý, MPC 0,01 mg / m 3) a potom na vyšší oxid CrO 3: 2Cr 2 O 3 + 3O 2 \u003d 4CrO3. To posledné zostáva predpokladom (je prítomné potrebné alkalické prostredie, ale či je pre túto reakciu potrebné silné zahrievanie), ale je lepšie hrať na istotu. Aj testy krvi a moču na chróm sa robia ťažko (nie sú v cenníkoch, ani v rozšírených všeobecná analýza krv).

Inertná elektróda - grafit. Treba zájsť do trolejbusového depa, odfotiť vyradené kefy. Pretože aj na aliexpress za 250 rubľov za pin. A toto je najlacnejšia z inertných elektród.

A tu je ešte 1 skutočný príklad keď elektronika pohovky viedla k materiálnym stratám. A k správnemu poznaniu, naozaj. Ako v tomto článku. Výhody nečinného rozprávania na pohovke? - sotva, sejú chaos; a musia po nich upratovať.

Prikláňam sa k prvému dôvodu dusivého „plynu“: odparovaniu roztoku hydroxidu sodného v kyseline uhličitej do vzduchu. Pretože pri oxidoch chrómu sa používajú hadicové masky s mechanickým prívodom vzduchu - v mojom mizernom RPG-67 by som sa udusil, ale v samom epicentre sa mi v ňom citeľne ľahšie dýchalo.
Ako skontrolovať oxid chrómu vo vzduchu? Začnite proces rozkladu vody v čistom roztoku sódy na grafitovej anóde (vyberte z ceruzky, ale nie každá ceruzka obsahuje čistú grafitovú tyčinku) a železnej katóde. A využite šancu a po 2,5 hodinách opäť vdýchnite vzduch v kuchyni. Je to logické? Takmer: príznaky hydroxidu sodného a oxidu šesťmocného chrómu sú totožné - prítomnosť hydroxidu sodného vo vzduchu nepreukáže absenciu pár šesťmocného chrómu. Neprítomnosť zápachu bez nehrdzavejúcej ocele však jednoznačne poskytne výsledok prítomnosti šesťmocného chrómu. Skontroloval som, bol tam zápach - fráza s nádejou "hurá! Dýchal som lúh sodný, nie šesťmocný chróm!" dá sa rozbiť na vtipy.

Na čo sa ešte zabudlo:
- ako existuje kyselina a zásada spolu v jednej nádobe? Teoreticky by sa mala objaviť soľ a voda. Je tu veľmi jemný bod, ktorý sa dá pochopiť iba experimentálne (neoverené). Ak sa všetka voda počas elektrolýzy rozloží a roztok sa izoluje od solí v zrazenine - možnosť 2: zostane buď roztok lúhu sodného alebo lúhu sodného s kyselinou uhličitou. Ak je v kompozícii posledná uvedená, začne uvoľňovanie soli normálnych podmienkach a zrážanie ... sóda: 2NaOH + H 2 CO 3 \u003d Na 2 CO 3 + 2H 2 O. Problém je, že práve tam sa rozpustí vo vode - škoda, že nemôžete ochutnať a porovnať s originálom riešenie: náhle lúh sodný nezreagoval;
- Interaguje kyselina uhličitá so samotným železom? Otázka je vážna, pretože. k tvorbe kyseliny uhličitej dochádza práve na katóde. Môžete to skontrolovať vytvorením koncentrovanejšieho roztoku a vykonaním elektrolýzy, kým sa tenký kúsok kovu úplne nerozpustí (nekontrolovalo sa). Elektrolýza sa považuje za šetrnejšiu metódu odstraňovania hrdze ako morenie kyselinou;
Aké sú príznaky vdýchnutia výbušného plynu? Nie + žiadny zápach, žiadna farba;
- Reaguje hydroxid sodný a kyselina uhličitá s plastom? Vykonajte identickú elektrolýzu v plastových a sklenených nádobách a porovnajte zákal roztoku a priehľadnosť povrchu nádoby (nekontrolované na skle). Plast - stal sa menej priehľadným v miestach kontaktu s roztokom. Ukázalo sa však, že ide o soli, ktoré sa dajú ľahko zoškrabať prstom. Potravinový plast teda s roztokom nereaguje. Sklo sa používa na skladovanie koncentrovaných zásad a kyselín.

Ak vdýchnete veľa horiaceho plynu, bez ohľadu na to, či ide o NaOH alebo CrO 3, musíte si vziať "unitiol" alebo podobný liek. A platí všeobecné pravidlo: bez ohľadu na to, k akej otrave dôjde, bez ohľadu na silu a pôvod, vypite v najbližších 1-2 dňoch veľa vody, ak to obličky dovolia. Úloha: odstráňte toxín z tela a ak sa tak nestane vracaním alebo vykašliavaním, dajte na to ďalšie príležitosti pečeni a močovému systému.

Najnepríjemnejšia vec je, že školský program 9. ročník Sakra, mám 31 rokov - a nezložím skúšku...

Elektrolýza je zaujímavá tým, že vracia čas:
- roztok NaOH a H 2 CO 3 za normálnych podmienok povedie k tvorbe sódy, zatiaľ čo elektrolýza túto reakciu invertuje;
- železo v prírodných podmienkach je oxidované a počas elektrolýzy sa obnovuje;
- vodík a kyslík majú tendenciu sa akýmkoľvek spôsobom spájať: zmiešať so vzduchom, horieť a stať sa vodou, absorbovať alebo s niečím reagovať; elektrolýza, naopak, vytvára plyny rôznych látok v ich čistej forme.
Miestny stroj času, nič iné: vracia polohu molekúl látok do pôvodného stavu.

Podľa reakčných vzorcov je roztok práškového hydroxidu sodného nebezpečnejší, keď je vytvorený a elektrolyzovaný, ale v určitých situáciách je účinnejší:
- pre inertné elektródy: NaOH + 2H 2 O = NaOH + 2H 2 + O 2 (roztok je zdrojom čistého vodíka a kyslíka bez nečistôt);
- Reaguje silnejšie organické materiály, bez kyseliny uhličitej (rýchly a lacný odmasťovač);
- ak sa železo použije ako anóda, začne sa rozpúšťať na anóde a redukovať na katóde, čím sa zhrubne vrstva železa na katóde v neprítomnosti kyseliny uhličitej. Toto je metóda obnovy materiálu katódy alebo jeho potiahnutia iným kovom, keď nie je po ruke žiadne riešenie s požadovaným kovom. Odstraňovanie hrdze podľa experimentátorov tiež ide rýchlejšie, ak je anódou v prípade sódy železo;
- ale koncentrácia NaOH vo vzduchu pri odparovaní bude vyššia (stále sa musíte rozhodnúť, čo je nebezpečnejšie: kyselina uhličitá s lúhom sodným alebo vlhkosť s lúhom sodným).

Dávnejšie som o vzdelávaní písal, že v škole a na univerzite sa stráca veľa času. Tento článok nič nemení na tomto názore, pretože bežný človek nebude v živote potrebovať matana, organická chémia alebo kvantová fyzika(iba v práci a keď som o 10 rokov neskôr potreboval matan, naučil som sa to znova, nepamätal som si vôbec nič). ale anorganická chémia, elektrotechnika, fyzikálne zákony, ruský a cudzie jazyky- toto by malo byť prioritou (ešte predstaviť psychológiu interakcie pohlaví a základy vedeckého ateizmu). Tu som neštudoval na Elektronickej fakulte; a potom bum, zamknuté - a Visio sa naučilo používať a MultiSim a niektoré označenia prvkov sa naučili atď. Aj keby som študoval na fakulte psychológie, výsledok by bol rovnaký: zasekol som sa v živote – zahryzol som sa do toho – prišiel som na to. Ak by sa však v škole posilnil dôraz na prírodné vedy a jazyky (a vysvetlili mladým, prečo sa posilnil), život by bol jednoduchší. V škole aj v ústave v chémii: hovorili o elektrolýze (teória bez praxe), ale o toxicite pár - nie.

Na záver príklad získania čistých plynov (pomocou inertných elektród): 2LiCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2LiOH. To znamená, že najprv sa otrávime najčistejším chlórom a potom vybuchneme vodíkom (opäť k otázke bezpečnosti emitovaných látok). Ak by existoval roztok CuSO 4 a katóda železa a kovu by vypadla zo zásady a zanechala by kyslý zvyšok obsahujúci kyslík SO4 2-, nezúčastňuje sa reakcií. Ak by zvyšok kyseliny neobsahoval kyslík, rozložil by sa na jednoduché látky (čo možno vidieť na príklade C 1 - , ktorý sa uvoľňuje ako Cl 2).

(pridané 24.05.2016) Ak potrebujete pre ich vzájomnú reakciu prevariť NaOH s hrdzou – prečo nie? Dusík vo vzduchu je 80%. Účinnosť odstraňovania hrdze sa výrazne zvýši, ale potom by sa tento proces mal určite vykonať vonku.

O hydrogenácii kovov (zvýšenie krehkosti): Na túto tému som nenašiel žiadne vzorce a adekvátne názory. Ak je to možné, nastavím elektrolýzu kovu na niekoľko dní, pridám činidlo a potom zaklopem kladivom.

(pridané 27.05.2016) Z použitej soľnej batérie je možné odstrániť grafit. Ak sa tvrdošijne bráni rozoberaniu, deformujte ho vo zveráku.

(pridané 6.10.2016) Hydrogenácia kovov: H + + e - = H ad. H ads + H ads \u003d H 2, kde ADS je adsorpcia. Ak má kov nevyhnutné podmienky rozpustiť v sebe vodík (to je číslo!) - potom ho v sebe rozpustí. Podmienky pre výskyt železa sa nenašli, ale pre oceľ sú opísané v knihe Schradera A.V. "Vplyv vodíka na chemické a ropné zariadenia". Na obrázku 58 na strane 108 je graf značky 12X18H10T: pri tlaku porovnateľnom s atmosférickým tlakom a teplote 300-900 stupňov: 30-68 cm 3 / kg. Obrázok 59 ukazuje závislosti pre iné druhy ocele. Všeobecný vzorec hydrogenácia ocele: Ks \u003d K 0 e -∆H / 2RT, kde K 0 je preexponenciálny faktor 1011 l / mol s, ∆H je teplo rozpúšťania ocele ~ 1793 K), R je univerzálna plynová konštanta 8,3144598 J / (mol K ), T je teplota média. Výsledkom je, že pri izbovej teplote 300 K máme K s = 843 l/mol. Číslo nie je správne, je potrebné skontrolovať parametre.

(pridané 6.12.2016) Ak lúh sodný neinteraguje s kovmi bez vysokej teploty, je to bezpečný (na kov) odmasťovač paliet, panvíc a iných vecí (železo, meď, nehrdzavejúca oceľ - ale nie hliník, teflón, titán, zinok).

S hydrogenáciou - čírenia. Preexponenciálny faktor K 0 leží v rozmedzí 2,75-1011 l/mol·s, nie je to konštantná hodnota. Výpočet pre nehrdzavejúcu oceľ: 10 13 C m 2/3, kde C m je atómová hustota ocele. Atómová hustota nehrdzavejúcej ocele je 8 10 22 at / cm 3 - K 0 \u003d 37132710668902231139280610806,786 at. / cm 3 \u003d - a potom je všetko zaseknuté.

Ak sa pozorne pozriete na Schraderove grafy, môžete urobiť približný záver o hydrogenácii ocele v OH (2-násobné zníženie teploty spomalí proces 1,5-krát): približne 5,93 cm 3 / kg pri 18,75 stupňoch Celzia - ale čas prieniku do kovu takéhoto objemu sa neuvádza. V knihe Sukhotina A.M., Zotikov V.S. "Chemická odolnosť materiálov. Príručka" na strane 95 v tabuľke 8 ukazuje vplyv vodíka na dlhodobú pevnosť ocelí. Umožňuje pochopiť, že hydrogenácia ocelí vodíkom pri tlaku 150-460 atmosfér mení medzu pevnosti maximálne 1,5-krát v intervale 1000-10000 hodín. Preto nie je potrebné považovať hydrogenáciu ocelí počas elektrolýzy za deštruktívny faktor.

(pridané 17.06.2016) Dobrý spôsob, ako rozobrať batériu: puzdro nesplošťujte, ale otvorte ako púčik tulipánu. Z kladného vstupu, kúsok po kúsku, ohnite časti valca - kladný vstup sa odstráni, grafitová tyč sa odkryje - a kliešťami sa hladko odskrutkujú.

(pridané 22.06.2016) Najjednoduchšie batérie na demontáž sú Ashanovove. A potom v niektorých modeloch je 8 kruhov z plastu na upevnenie grafitovej tyče - je ťažké ju vytiahnuť, začne sa rozpadať.

(pridané 07.05.2016) Prekvapenie: grafitová tyč je zničená oveľa rýchlejšie ako anóda vyrobená z kovu: len za niekoľko hodín. Použitie nehrdzavejúcej ocele ako anódy je najlepším riešením, ak zabudneme na toxicitu. Záver z celého tohto príbehu je jednoduchý: elektrolýza by sa mala vykonávať iba pod holým nebom. Ak bude táto úloha otvoreným balkónom - neotvárajte okná, ale pretiahnite drôty cez gumové tesnenie dverí (stačí stlačiť drôty dverami). Berúc do úvahy prúd pri elektrolýze do 8A (internetový názor) a do 1,5A (moja skúsenosť), ako aj maximálne napätie PC PSU 24V, vodič musí byť dimenzovaný na 24V / 11A - ide o akýkoľvek vodič v izolácii s prierezom 0,5 mm 2.

Teraz o oxide železa na už opracovanom diele. Existujú časti, do ktorých je ťažké vliezť, aby ste odstránili čierny plak (alebo objekt v rekonštrukcii, keď nemôžete trieť povrch železnou kefou). Pri analýze chemické procesy Narazil som na spôsob, ako to odstrániť kyselinou citrónovou a vyskúšal som to. Skutočne to funguje aj s FeO - plak zmizol/rozpadol sa na 4 hodiny pri izbovej teplote a roztok zozelenal. Ale táto metóda sa považuje za menej šetriacu, pretože. kyselina a kov požierajú (nedá sa preexponovať, neustále sledovanie). Okrem toho je potrebné posledné opláchnutie roztokom sódy: buď zvyšky kyseliny pohltia kov na vzduchu a vytvorí sa nežiaduci povlak (šidlo na mydle). A treba byť opatrný: ak sa s Fe 2 O 3 uvoľní až 6CO, potom to, čo sa uvoľní s FeO, je ťažké predpovedať (organická kyselina). Predpokladá sa, že FeO + C 6 H 8 O 7 \u003d H 2 O + FeC 6 H 6 O 7 (tvorba citranu železa) - ale uvoľňujem aj plyn (3Fe + 2C 6 H 8 O 7 → Fe 3 (C 6H507)2 + 3H2). Tiež píšu, že kyselina citrónová sa rozkladá na svetle a teplote - v žiadnom prípade nemôžem nájsť správnu reakciu.

(pridané 7.6.2016) Skúšal som kyselinu citrónovú na hrubú vrstvu hrdze na nechtoch - rozpustila sa za 29 hodín. Ako sa očakávalo: kyselina citrónová je vhodná na čistenie kovov. Na čistenie hustej hrdze: aplikujte vysokú koncentráciu kyseliny citrónovej, vysokú teplotu (až do varu), časté miešanie - urýchlite proces, čo je nepohodlné.

Roztok sódy po elektrolýze sa v praxi ťažko regeneruje. Nie je jasné: pridajte vodu alebo pridajte sódu. Pridanie kuchynskej soli ako katalyzátora roztok úplne zabilo + grafitová anóda skolabovala len za hodinu.

Celkom: hrubá hrdza sa odstráni elektrolýzou, FeO sa namorí kyselinou citrónovou, časť sa premyje roztokom sódy – a získa sa takmer čisté železo. Plyn pri reakcii s kyselinou citrónovou - CO 2 (dekarboxylácia kyseliny citrónovej), tmavý povlak na železe - citrát železitý (ľahko sa čistí-stredne nevykonáva žiadne ochranné funkcie rozpustný v teplej vode).

Teoreticky sú tieto metódy odstraňovania oxidov ideálne na získavanie mincí. Pokiaľ nie sú potrebné menšie podiely činidiel pre nižšiu koncentráciu roztoku a nižšie prúdy.

(pridané 07.09.2016) Uskutočnil experimenty s grafitom. Práve pri elektrolýze sódy dochádza k jej extrémnemu rýchlemu kolapsu. Grafit je uhlík, pri rozpustení v čase elektrolýzy môže reagovať s oceľou a vyzrážať karbid železa Fe 3 C. Podmienka 2000 stupňov nie je splnená, elektrolýza však nie je NU.

(pridané 7.10.2016) Pri elektrolýze sódy pomocou grafitových tyčí nie je možné zvýšiť napätie nad 12V. Môže byť potrebná nižšia hodnota - sledujte čas rozpadu grafitu pri vašom napätí.

(pridané 17.07.2016) Objavili metódu lokálneho odstraňovania hrdze.

(pridané 25.07.2016) Namiesto kyseliny citrónovej môžete použiť kyselinu šťaveľovú.

(pridané 29.07.2016) Oceľové triedy A2, A4 a iné sú napísané anglické písmená: dovezené a od slova „austenitický“.

(pridané 11.10.2016) Ukazuje sa, že existuje ďalší typ hrdze: metahydroxid železa FeO(OH). Vzniká, keď je železo zakopané v zemi; na Kaukaze sa tento spôsob hrdzavého pásového železa používal na jeho nasýtenie uhlíkom. Po 10-15 rokoch sa z výslednej ocele s vysokým obsahom uhlíka stali šable.

možnosť 1

1. Napíšte reakčné rovnice: a) získanie zinku z oxidu zinočnatého redukciou uhlím; b) získanie kobaltu z oxidu kobaltnatého redukciou vodíkom; c) získanie titánu z chloridu titaničitého (IV) horčíka tepelnými prostriedkami. Rozložte reakciu na redoxnú reakciu: označte oxidačné stavy atómov a usporiadajte koeficienty, určte ich metódou elektrónovej rovnováhy.

2. Vytvorte diagramy a rovnice reakcií prebiehajúcich počas elektrolýzy: a) tavenina chloridu draselného; b) roztok bromidu zinočnatého; c) roztok síranu železnatého (II).

3. Čo je podstatou korózie kovov? Aké druhy korózie poznáte?
Korózia je spontánna deštrukcia kovov a zliatin v dôsledku chemickej, elektrochemickej alebo fyzikálno-chemickej interakcie s prostredím.

4. Na oceľový kryt je umiestnený medený nit. Čo sa zrúti ako prvé - veko alebo nit? prečo?
Oceľový kryt, pretože obsahuje železo a železo je reaktívnejší kov ako meď a rýchlejšie koroduje. Tiež železo a meď tvoria galvanický pár, kde železo je anódou a rýchlejšie sa ničí, na meď - katóda, zostáva nedotknutá.

Možnosť 2

1. Napíšte reakčné rovnice: a) získanie železa z oxidu železitého (III) aluminotermickou metódou; b) získanie medi z oxidu meďnatého redukciou uhlím; c) získanie volfrámu z jeho vyššieho oxidu redukciou vodíkom. Rozložte reakciu na redoxnú reakciu: označte oxidačné stavy atómov a usporiadajte koeficienty, určte ich metódou elektrónovej rovnováhy.

2. Vytvorte diagramy a rovnice reakcií prebiehajúcich počas elektrolýzy: a) roztok bromidu meďnatého; b) roztok jodidu sodného; c) roztok dusičnanu olovnatého (II).

3. Aké faktory vedú k zvýšenej korózii kovov?

4. Prečo sa pocínovaná (pocínovaná) železná nádrž rýchlo zničí v mieste poškodenia ochrannej vrstvy?
Železo a cín tiež tvoria galvanický článok, kde železo je anódou a rýchlejšie sa ničí, zatiaľ čo cín, katóda, zostáva nedotknutá.

Možnosť 3

1. Napíšte reakčné rovnice: a) získanie medi z oxidu meďnatého redukciou vodíkom; b) získanie železa z oxidu železitého (III) redukciou oxidom uhoľnatým (II); c) získanie vanádu z oxidu vanadičného (V) kalciovou tepelnou metódou. Rozložte reakciu na redoxnú reakciu: označte oxidačné stavy atómov a usporiadajte koeficienty, určte ich metódou elektrónovej rovnováhy.

2. Vytvorte diagramy a rovnice reakcií prebiehajúcich počas elektrolýzy: a) tavenina chloridu vápenatého; b) roztok bromidu draselného; c) roztok síranu zinočnatého.

3. Aké faktory prispievajú k spomaleniu korózie kovov?
- Neutralizácia alebo deoxygenácia korozívneho prostredia, ako aj použitie rôznych druhov inhibítorov korózie;
- Odstránenie nečistôt urýchľujúcich proces korózie z kovu alebo zliatiny (eliminácia železa zo zliatin horčíka alebo hliníka, síry zo zliatin železa).
- Odstránenie nepriaznivých kovových kontaktov alebo ich izolácia, odstránenie trhlín a medzier v konštrukcii, odstránenie zón stagnácie vlhkosti.

4. Ktoré kovy sa pri vzájomnom kontakte v prítomnosti elektrolytu rýchlejšie ničia: a) meď a zinok; b) hliník a železo? prečo?
Aktívnejší kov z daného páru sa rýchlejšie rozpadne
a) zinok je aktívnejší kov ako meď;
b) hliník je aktívnejší kov ako železo.

Možnosť 4

1. Napíšte reakčné rovnice: a) získanie molybdénu z jeho vyššieho oxidu redukciou vodíkom; b) získanie chrómu z oxidu chrómového (III) aluminotermickou metódou; c) získanie niklu z oxidu nikelnatého (II) redukciou uhlím. Rozložte reakciu na redoxnú reakciu: označte oxidačné stavy atómov a usporiadajte koeficienty, určte ich metódou elektrónovej rovnováhy.

2. Vytvorte diagramy a rovnice reakcií prebiehajúcich počas elektrolýzy: a) roztok chloridu meďnatého; b) roztok jodidu sodného; c) roztok dusičnanu nikelnatého.

3. Uveďte spôsoby boja proti korózii kovov.

4. Prečo sa na pozinkovanej nádrži v mieste škrabanca ničí zinok a železo nehrdzavie?
Zinok je aktívnejší kov ako železo. Tiež železo a zinok tvoria galvanický článok, kde je zinok anódou a rýchlejšie sa ničí, zatiaľ čo železo, katóda, zostáva nedotknuté.