電解是什麼的問題早在高中物理課程中就已經解決了，這對大多數人來說已經不是什麼秘密了。另一件事是它的重要性和實際應用。該工藝在各行各業中大有裨益，對家庭工匠很有用。
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什麼是電解？
電解是直流電流流過電極和電解質系統中特定過程的複雜過程。其機制基於離子電流的產生。電解質是2型導體（離子電導率) 其中發生電解離解。它涉及分解成帶正離子（陽離子) 和負 (陰離子） 收費。
電解系統必然包含一個正極（陽極) 和一個負數 (陰極) 電極。當施加直流電時，陽離子開始向陰極移動，而陰離子向陽極移動。陽離子主要是金屬離子和氫，陰離子主要是氧和氯。在陰極，陽離子將多餘的電子附著在自身上，從而進行還原反應 Men+ + ne → Me (其中 n 是金屬的化合價）。相反，在陽極，電子從陰離子中釋放出來，發生氧化反應。
因此，保證了系統中的氧化還原過程。重要的是要記住，要讓它發生，需要適當的能量。它必須由外部電流源提供。
法拉第電解定律
偉大的物理學家 M. Faraday 通過他的研究，不僅可以了解電解的性質，還可以對其實施進行必要的計算。 1832 年，他的法律出現，將正在發生的過程的主要參數聯繫起來。
第一定律
法拉第第一定律指出，在陽極上還原的物質的質量與電解液中感應的電荷成正比：m = kq = k*I*t，其中 q 是電荷，k 是係數或電化學當量物質，I是流過電解質的電流，t是電流流過的時間。
第二定律
法拉第第二定律使得確定比例係數 k 成為可能。其內容如下：任何物質的電化學當量與其摩爾質量成正比，與其化合價成反比。法律表述為：
k = 1/F*A/z其中 F 是法拉第常數，A 是物質的摩爾質量，z 是其化學價。
考慮到這兩個定律，我們可以推導出計算沉積在電極上的物質質量的最終公式： m = A*I*t/(n*F)其中n是參與電解的電子數。通常n對應於離子的電荷。從實際的角度來看，將物質的質量與供應的電流聯繫起來很重要，這使得通過改變其強度來控製過程成為可能。
熔體電解
電解的一種選擇是使用熔體作為電解質。在這種情況下，電解過程中只涉及熔融離子。一個典型的例子是鹽熔體 NaCl 的電解（食鹽）。負離子沖向陽極，這意味著氣體被釋放（氯）。在陰極會發生金屬還原，即由吸引過量電子的正離子形成的純鈉沉澱。同樣，可以生產其他金屬（鉀、鈣、鋰等) 來自各自鹽的熔體。
在熔體電解過程中，電極不溶解，而僅作為電流源參與。金屬、石墨和一些半導體可用於它們的製造。重要的是材料具有足夠的導電性。最常見的材料之一是銅。
溶液中電解的特點
水溶液中的電解與熔體完全不同。有 3 個相互競爭的過程：水的氧化釋放氧氣、陰離子的氧化和金屬的陽極溶解。該過程涉及水離子、電解質和陽極。因此，氫、電解質陽離子和陽極金屬的還原可能發生在陰極。
這些競爭過程發生的能力取決於系統的電勢。只有需要較少外部能量的過程才會繼續進行。因此，具有最大電極電位的陽離子將在陰極被還原，而具有最低電位的陰離子將在陽極被氧化。氫的電極電位取為“0”。例如，在鉀中它等於（-2,93 В), 鈉等於 (-2,71 В）， 帶領 （-0,13 В)，對於銀 - (+0,8 В).
氣體中的電解
只有在離子發生器存在的情況下，氣體才能發揮電解質的作用。在這種情況下，通過電離介質的電流會在電極上引起必要的過程。法拉第定律不適用於氣體電解。這些條件是其實現所必需的：
- 如果不對氣體進行人工電離，高壓和大電流都無濟於事。
- 只有氣態的無氧酸和一些氣體適合電解。
重要的！ 如果滿足必要條件，則該過程類似於在液體電解質中進行電解。
發生在陰極和陽極的過程的特殊性
對於電解的實際應用，重要的是要了解當施加電流時兩個電極會發生什麼。以下過程是特徵：
- 陰極。帶正電的離子沖向它。這是金屬還原或氫釋放發生的地方。根據它們的陽離子活性可以區分幾類金屬。 Li、K、Ba、St、Ca、Na、Mg、Be、Al 等金屬只能從熔鹽中很好地還原。如果使用溶液，由於水的電解而釋放出氫氣。可以在溶液中提供還原，但具有足夠濃度的陽離子，在以下金屬中 - Mn、Cr、Zn、Fe、Cd、Ni、Ti、Co、Mo、Sn、Pb。對於 Ag、Cu、Bi、Pt、Au、Hg，該過程是最簡單的。
- 陽極。帶負電的離子到達該電極。氧化它們，它們從金屬中帶走電子，導致它們的陽極溶解，即陰離子被轉化為帶正電的離子，這些離子被導向陰極。陰離子也根據其活性進行細分。只有 PO4、CO3、SO4、NO3、NO2、ClO4、F 陰離子可以從熔體中排出。在水溶液中，它們不經受電解，而是經受釋放氧氣的水。 OH、Cl、I、S、Br 等陰離子最容易反應。
在提供電解時，重要的是要考慮電極材料的氧化傾向。在這方面，惰性和活性陽極是有區別的。惰性電極由石墨、煤或鉑製成，不參與離子的供應。
影響電解過程的因素
電解過程取決於以下因素：
- 電解液的組成.各種雜質的影響很大。它們分為 3 種類型 - 陽離子、陰離子和有機物。物質可能比賤金屬或多或少是負面的，這會干擾該過程。有機雜質包括污染物（例如油類）和表面活性劑。它們的濃度有極限值。
- 當前密度.根據法拉第定律，沉積物質的質量隨著電流強度的增加而增加。但是，會出現不利的情況 - 集中極化，增加電壓，電解液強烈加熱。考慮到這一點，每種情況都有電流密度的最佳值。
- 電解質的 pH 值.介質的酸度也是根據金屬來選擇的。例如，鋅的電解液酸度的最佳值為 140 g/cc。
- 電解液溫度.它具有模棱兩可的效果。隨著溫度的升高，電解速率增加，但雜質的活性也會增加。每個過程都有一個最佳溫度。它通常在38-45度之間。
重要的！ 電解可以通過不同的影響和電解液成分的選擇來加速或減慢。每個應用程序都有自己的模式，應嚴格遵守。
電解在哪裡使用？
電解用於許多應用。可以確定幾個主要用途以獲得實際結果。
電鍍
可以通過電解施加薄而耐用的金屬電鍍塗層。將要塗覆的物品作為陰極放入浴中，電解質包含所需金屬的鹽。這就是鋼可以鍍上鋅、鉻或錫的方式。
電處理——精煉銅
電煉的一個例子是這個選項： 陰極 - 純銅， 陽極 - 含雜質的銅， 電解質 - 硫酸銅水溶液。來自陽極的銅變成離子並在沒有雜質的情況下沉積在陰極中。
金屬提取。
為了從鹽中獲得金屬，將它們轉移到熔體中，然後在其中進行電解。這種方法對於從鋁土礦、鈉和鉀中獲得鋁非常有效。
陽極氧化
在這個過程中，塗層是由非金屬化合物製成的。典型的例子是鋁陽極氧化。鋁部件像陽極一樣安裝。電解液是硫酸溶液。由於電解作用，在陽極上沉積了一層氧化鋁，具有保護和裝飾性能。這些技術廣泛應用於各個行業。也可以用自己的雙手安全地執行這些過程。
能源成本
電解需要大量的能量。如果陽極電流足夠，該過程將具有實用價值，為此必須從電源施加相當大的直流電。此外，它還會產生側電壓損耗 - 陽極和陰極過電壓，以及由於其電阻而導致的電解液損耗。通過將能量輸入的功率與所獲得物質的有用質量單位相關聯來確定設備的效率。
電解長期以來一直以高效率用於工業。陽極氧化和電鍍在日常生活中變得司空見慣，材料的開采和選礦有助於從礦石中提取許多金屬。可以通過了解其基本模式來計劃和計算該過程。
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