1.

Electroliza apei

Scurt istoric

Prima electroliză, electroliza apei a fost realizată la 2 mai 1800 de doi chimişti britanici,

Wiliam Nicholson şi Sir Antony Carlisle iar noi în ţară s-a realizat la Combinatul OLTCHIM: pe

28 iulie1968 – e pusă în funcţiune prima unitate de producţie: Electroliza I; în anul1974 se pune în

funcţiune instalaţia de Sodă Caustică Electrolitică (Electroliza III) cu catod de mercur şi anozi de

titan, cristalizarea sării, concentrarea sodei caustice; în anul 1984 se pune în funcţiune instalaţia de

electroliză cu diafragmă şi anozi de titan (Electroliza IV), capacitate: NaOH leşie 102 500 t/an, clor

90 900 t/an, acid clorhidric 29 000 t/an; în anul 2000 are loc modernizarea instalaţiei de Electroliză

IV prin trecerea la procedeul cu membrană schimbătoare de ioni.

Electroliza este un fenomen ce se petrece la trecerea curentului electric continuu prin soluţia

sau topitura unui electrolit, este procesul de orientare şi separare a ionilor unui electrolit (substanţă

a cărei molecule prin dizolvare sau topire se disociază în ioni, permiţând trecerea curentului electric

continuu) cu ajutorul curentului electric continuu. În procesul de electroliză, ionii pozitivi sau

cationii sunt dirijaţi înspre catod (electrodul la care are loc reacţia de reducere, pol negativ), iar ionii

negativi sau anionii înspre anod (electrodul la care are loc reacţia de oxidare, pol pozitiv) unde îşi

pierd sarcina şi se depun sau intră în reacţie chimică. De fapt, procesele la electrozi, având loc un

transfer de electroni sunt transformări redox. În electroliză se ţine seama de tensiunea de

descompunere, care este tensiunea minimă la care se poate desfăşura procesul şi care depinde de

potenţialul de electrod, care este influenţat la rândul lui de poziţia pe care o are substanţa în seria

potenţialelor electrochimice. De asemenea, tensiunea de la bornele electrozilor trebuie să acopere şi

căderea de tensiune în electrolit, în contacte şi în electrozi.

Electroliza apei acidulate. Apa pură (curată) nu conduce curentul electric. Pentru a avea

loc ionizarea apei şi respectiv electroliza apei, este necesară o soluţie de H 2SO4. Deci la catod se

degaja hidrogenul, iar la anod oxigenul iar H2SO4 rămâne în soluţie dar concentraţia scade pentru că

se consumă apa. Recunoaşterea H2 se face prin aprindere (H2 arde ), O2 nu arde dar întreţine arderea.

Aplicaţiile electrolizei. Industriile electrochimice s-au dezvoltat în ultimele decenii

devenind o ramură cu o sferă largă de aplicaţii deosebit de importante pentru economia naţională.

Aplicarea electrochimiei permite obţinerea pe o cale relativ simplă şi ieftină a unor cantităţi mari de

produse importante, cum sunt: hidrogenul, oxigenul, clorul, hidroxizii alcalini, peroxizii,

oxiclorurile etc. Prin electroliza substanţelor topite se obţin: sodiu, calciu, magneziu, aluminiu şi

alte metale. Datorita metodelor eletrochimice s-a reuşit obţinerea pe scara industrială a unor metale

ca: bariu, cesiu, litiu etc.

2.

A)Metalele şi nemetale. Metalele din grupele I, a II-a şi a III-a principală se obţin industrial

prin electroliza topiturilor. Cu toate că prin aceste procese electrochimice se consumă mari cantităţi

de energie electrică, ele sunt utilizate pe scară largă întrucât permit obţinerea metalelor pure

necesare în tehnică. Procedeele electrochimice sunt singurele care fac posibilă obţinerea metalelor

cu potenţial de oxidare mare.

a)obţinerea sodiului metalic. Sodiul metalic se obţine prin electroliza uscată a clorurii de

sodiu (NaCl), metodă mai ieftină decât electroliza hidroxidului de sodiu (NaOH). Molecula

diatomică de clor se poate obţine din clorurile sale prin oxidare cu agenţi oxidanţi puternici sau

electroliză, sau din compuşii cu numere de oxidare superioare lui prin reducere.

b)obţinerea aluminiului este un proces tehnologic complex care cuprinde două etape distincte:

obţinerea aluminei din bauxită şi electroliza oxidului de aluminiu.

B)Substanţe compuse. În prezent, cea mai mare cantitate din necesarul mondial de hidroxid

de sodiu şi de potasiu se obţine prin electroliza soluţiilor apoase concentrate de clorura de sodiu,

respectiv de potasiu. Există două procedee de a obţine substanţe compuse: unul ce se numeşte

procedeul cu diafragmă, deoarece în industrie spaţiul catodic este separat de spaţiul anodic printr-un

perete poros denumit diafragmă şi unul ce se numeşte procedeul cu catod de mercur, care se

foloseşte pentru a evita reacţiile secundare. O soluţie de clorură de sodiu conţine ioni care provin

din ionizarea ape şi din disocierea clorurii de sodiu. În timpul electrolizei soluţiei de clorură de

sodiu ionii se deplasează spre electrozi. În soluţie rămân ionii hidroxid , HO- ,şi ionii de Na+ care

formează hidroxidul de sodiu. Clorul se obţine prin această metodă la combinatele chimice de la

Borzeşti şi Govora şi este folosit ca materie primă pentru obţinerea unor compuşi organici cu

multiple utilizări. Pentru a obţine NaClO3 Albchem Industries Ltd. foloseşte următoarea tehnologie:

din minele de sare ce se află la 1800 m adâncime este pompată o soluţie de NaCl. Ajunsă în fabrică

această soluţie este curăţată de impurităţi şi i se elimină „tăria”. Calciul şi magneziul sunt eliminaţi

pentru a preveni depunerile la catod, rezultând în pierderi electrice. Soluţia astfel pregătită este gata

pentru electroliză. Secţia de electroliză constă în 24 de vase şi 72 de celule aranjate în serie. Când

sunt conectate la tensiune, se formează hidrogen gazos. Hidrogenul mişcă lichidul formând astfel

un circuit între vas şi celulă. NaCl este transformat în NaClO3. Hidrogenul este eliminat în

atmosferă. Lichidul concentrat conţinând NaClO3 la o temperatură de 85 C este turnat într-un vas

unde are loc cristalizarea. Apoi, cristalele sunt spălate din nou şi NaClO3 este depozitat fiind gata

pentru livrare.

C)Electroliza soluţiei de CuSO4. Poate avea loc cu electrozi inerţi, care pot fi de carbon

grafit sau dintr-un metal cu potenţial de oxidare mare. În acest caz, are loc ionizarea soluţiei de

CuSO4. În soluţie rămâne acidul sulfuric. Electroliza soluţiei de CuSO4 cu anod solubil. Una din

3.

aplicaţiile electrolizei cu anozi activi (care se consumă in decursul electrolizei) este electrorafinarea.

Această metodă este utilizată în procesul de obţinere a cuprului de mare puritate şi pentru

recuperarea metalelor preţioase. De fapt, rafinarea electrolitică reprezintă ultima etapă în metalurgia

cuprului. Electroliza cuprului are loc astfel: în baia de electroliză ce conţine ca electrolit o soluţie

acidulată de CuSO4 se introduc o serie de plăci groase de cupru impur şi se leagă de anodul sursei

de curent. Între plăcile anodice se intercalează plăci subţiri de cupru pur, legate la polul negativ al

sursei de curent. În aceste condiţii trec in soluţie din plăcile anodice numai ionii de cupru şi ionii

impurităţilor metalice, care se găsesc in seria tensiunilor electrochimice înaintea cuprului. La catod

se descarcă numai ionii de cupru, potenţialul de descărcare al celorlalţi fiind mai ridicat, aceştia

rămân în soluţie. Celelalte impurităţi cu potenţialul mai electropozitiv, aflate în plăcile anodice de

cupru se acumulează prin depunere pe fundul băii de electroliză, formând aşa-numitul nămol anodic

care constituie la rândul său o sursă pentru obţinerea acestor elemente.

D)Electrorafinarea. Procesul global constă în deplasarea cuprului de la anod şi depunerea

acestuia la catod. Concentraţia soluţiei de sulfat de cupru nu se modifică. Una din aplicaţiile

electrolizei cu anozi activi (care se consumă in decursul electrolizei) este electrorafinarea. Această

metodă este utilizată in procesul de obţinere a cuprului de mare puritate şi pentru recuperarea

metalelor preţioase. De fapt, rafinarea electrolitică reprezintă ultima etapă în metalurgia cuprului.

E)Electroplacarea. Constă în aplicarea unui strat fin, ornamental şi protector al unui metal

pe altul. Este o tehnică comună utilizată pentru a îmbunătăţi aparenţa şi durabilitatea unor obiecte

metalice. De exemplu aurul şi platina sunt aplicate pe bijuterii fabricate din materiale ieftine.

Grosimea acestor straturi variază între 0.03 si 0.05 mm. Compoziţia băii de electrolit variază, şi este

des ţinută secret, dar de obicei ea depinde de ce metal urmează a fi depozitat, şi poate afecta

durabilitatea şi calitatea suprafeţei. De exemplu, argintul depus dintr-o soluţie de nitrat de argint nu

se lipeşte prea bine de o suprafaţă metalică. Dacă este depus dint-o soluţie ce conţine Ag(CN),

atunci el aderă bine şi capătă şi luciu. Alte metale ce sunt electroplacate în asemenea băi sunt aurul

şi cadmiul. Nichelul, ce poate şi el fi folosit ca strat protector, este placat dintr-o soluţie de sulfat de

nichel, iar cromul este placat dint-o soluţie de H2CrO4. Anumiţi monomeri (stiren) sunt uşor de

folosit pentru a crea anioni organici. Aceşti anioni pot polimeriza într-un proces numit polimerizare

anionică. Se poate folosi un circuit electric pentru a porni acest proces, polimerul localizându-se la

catod. Dacă este gândit bine procesul, se poate utiliza la placarea organică a metalului. Acest proces

a fost folosit pentru a vopsi maşinile noi, avantajul constând că el are loc in apă, nemaifiind nevoie

de spray-uri cu solvenţi organici volatili.

Preda Ana Maria

Clasa a -XII- C