什么是电解是学校物理课程中考虑的问题，对大多数人来说，这并不是什么秘密。另一件事是它的重要性和实际应用。该工艺在各行各业中大有裨益，对家庭工匠很有用。
内容
什么是电解？
当直流电流流过电解时，电解是电极和电解质系统中特定过程的复杂性。其机理是基于离子电流的发生。电解质是2型导体（离子电导率) 其中发生电解离解。它与分解成带正离子（阳离子) 和负 (阴离子） 收费。
电解系统必然包含一个正极（阳极) 和负 (阴极) 电极。当施加直流电时，阳离子开始向阴极移动，而阴离子向阳极移动。阳离子主要是金属离子和氢，阴离子主要是氧、氯。在阴极，阳离子将多余的电子附着在自己身上，这确保了还原反应 Men+ + ne → Me (其中 n 是金属的化合价）。相反，在阳极，一个电子由阴离子提供，发生氧化反应。
因此，在系统中提供了氧化还原过程。重要的是要考虑到它的流动需要适当的能量。它必须由外部电流源提供。
法拉第电解定律
伟大的物理学家 M. Faraday 通过他的研究，不仅可以了解电解的性质，还可以对其实施进行必要的计算。 1832 年，他的法律出现，将正在进行的过程的主要参数联系起来。
第一定律
法拉第第一定律指出，在阳极被还原的物质的质量与电解液中感应的电荷成正比：m = kq = k*I*t，其中 q 是电荷，k 是系数或电化学当量物质的，I是流过电解液的电流强度，t是电流通过时间。
第二定律
法拉第第二定律使得确定比例系数 k 成为可能。听起来是这样的：任何物质的电化学当量与其摩尔质量成正比，与化合价成反比。法律表述为：
k = 1/F*A/z，其中 F 是法拉第常数，A 是物质的摩尔质量，z 是其化学价。
考虑到这两个定律，可以推导出计算沉积在物质电极上的质量的最终公式： m = A*I*t/(n*F)，其中 n 是参与电解的电子数。通常n对应于离子的电荷。从实践的角度来看，物质的质量和施加的电流之间的联系很重要，这使得通过改变其强度来控制过程成为可能。
熔体电解
电解的一种选择是使用熔体作为电解质。在这种情况下，只有熔融离子参与电解过程。一个典型的例子是熔盐 NaCl 的电解（盐）。负离子冲向阳极，这意味着气体被释放（氯）。金属还原将发生在阴极，即由吸引过量电子的正离子形成的纯钠沉积。其他金属也可以类似地获得（钾、钙、锂等) 来自相应盐类的屠杀。
在熔体电解期间，电极不会发生溶解，而仅作为电流源参与。在它们的制造中，您可以使用金属、石墨和一些半导体。重要的是材料具有足够的导电性。最常见的材料之一是铜。
溶液中电解的特点
水溶液中的电解与熔体有很大不同。这里发生了三个相互竞争的过程：水氧化析氧、阴离子氧化和金属的阳极溶解。水、电解质和阳极的离子都参与了这个过程。因此，氢、电解质阳离子和阳极金属的还原可以在阴极发生。
这些竞争过程发生的可能性取决于系统电势的大小。只有需要较少外部能量的过程才会继续进行。因此，具有最大电极电位的阳离子将在阴极被还原，而具有最低电位的阴离子将在阳极被氧化。氢的电极电位取为“0”。例如，对于钾，它是 (-2.93V), 钠 - (-2.71V）， 带领 （-0.13V)，而白银有 (+0.8 伏).
气体中的电解
只有在离子发生器存在的情况下，气体才能起到电解质的作用。在这种情况下，通过电离介质的电流会在电极上产生必要的过程。然而，法拉第定律不适用于气体电解。其实施需要满足以下条件：
- 如果不对气体进行人工电离，高压和大电流都无济于事。
- 只有不含氧且呈气态的酸，有些气体适合电解。
重要的！ 当满足必要条件时，该过程类似于在液体电解质中进行电解。
发生在阴极和阳极的过程的特点
对于电解的实际应用，重要的是要了解当施加电流时两个电极会发生什么。典型的流程是：
- 阴极。带正电的离子冲向它。在这里，发生了金属的还原或氢的释放。根据阳离子活性有几类金属。Li、K、Ba、St、Ca、Na、Mg、Be、Al 等金属只能从熔盐中很好地还原。如果使用溶液，则由于水的电解而释放出氢气。对于以下金属 - Mn、Cr、Zn、Fe、Cd、Ni、Ti、Co、Mo、Sn、Pb，可以在溶液中实现还原，但需要足够浓度的阳离子。对于 Ag、Cu、Bi、Pt、Au、Hg，该过程最容易进行。
- 阳极。带负电的离子进入该电极。氧化后，它们从金属中获取电子，导致它们的阳极溶解，即转变为带正电的离子，这些离子被送到阴极。阴离子也根据它们的活性进行分类。这类阴离子PO4、CO3、SO4、NO3、NO2、ClO4、F只能从熔体中排出，在水溶液中不是电解，而是水放出氧气。 OH、Cl、I、S、Br 等阴离子最容易反应。
在确保电解时，重要的是要考虑电极材料的氧化倾向。在这方面，惰性和活性阳极脱颖而出。惰性电极由石墨、碳或铂制成，不参与离子的供应。
影响电解过程的因素
电解过程取决于以下因素：
- 电解液成分.各种杂质有显着影响。它们分为 3 种类型 - 阳离子、阴离子和有机物。物质可能或多或少比贱金属负，这会干扰该过程。在有机杂质中，污染物（如油类）和表面活性剂最为突出。它们的浓度具有最大允许值。
- 当前密度.根据法拉第定律，沉积物质的质量随着电流强度的增加而增加。但是，会出现不利的情况 - 集中极化，增加电压，电解液强烈加热。考虑到这一点，每种具体情况都有最佳的电流密度值。
- 电解质 pH.还考虑到金属来选择环境的酸度。例如，锌的电解质酸度最佳值为 140 g/cu.dm。
- 电解液温度.它具有模棱两可的效果。随着温度的升高，电解速率增加，但杂质的活性也增加。每个过程都有一个最佳温度。通常它在38-45度的范围内。
重要的！ 电解可以通过各种影响和电解质成分的选择来加速或减慢。每个应用程序都有自己的方案，必须严格遵守。
电解在哪里使用？
电解用于许多领域。有几个主要的使用领域来获得实际结果。
电镀
可以通过电解施加薄而耐用的金属镀层。待涂覆的产品以阴极的形式安装在电解液中，电解质包含所需金属的盐。所以你可以用锌、铬或锡覆盖钢。
电解精炼-铜精炼
电气清洁的一个例子可以是以下选项： 阴极 - 纯铜 阳极 - 含杂质的铜， 电解质 - 硫酸铜水溶液。来自阳极的铜进入离子并在没有杂质的情况下沉淀在阴极中。
金属采矿
为了从盐中获得金属，它们被转移到熔体中，然后在其中进行电解。这种方法对于从铝土矿、钠和钾中获得铝非常有效。
阳极氧化
在这个过程中，涂层是由非金属化合物制成的。一个典型的例子是铝阳极氧化。铝部件作为阳极安装。电解液是硫酸溶液。由于电解，在阳极上沉积了一层氧化铝，具有保护和装饰性。这些技术广泛应用于各个行业。您可以按照安全规定亲手执行这些过程。
能源成本
电解需要高昂的能源成本。如果阳极电流足够，该过程将具有实用价值，为此必须从电源施加大量直流电。此外，在进行时，会发生侧电压损失 - 阳极和阴极过电压，由于其电阻而导致电解质中的损失。装置的效率是通过将能量消耗的功率与所获得物质的有用质量单位相关联来确定的。
电解在工业上的应用由来已久，效率很高。阳极氧化和电镀涂层已在日常生活中变得司空见惯，材料的开采和选矿有助于从矿石中提取许多金属。可以计划和计算该过程，了解其主要模式。
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