9.5.3 Применение электролиза в промышленности

1. Получение щелочных, щелочноземельных металлов, алюминия электролизом расплавов их солей.

2. Электроэкстракция металлов. Руду металла подвергают обработке определёнными реагентами, в результате чего металл переходит в раствор. После очистки раствора от примесей металл выделяют электролизом.

3. Электролитическое рафинирование (см. пример 9.7).

4. Гальваностегия – нанесение путём электролиза на поверхность металлических изделий слоёв других металлов с целью защиты этих изделий от коррозии и в декоративных целях.

5. Гальванопластика – получение точных металлических копий с рельефных предметов электроосаждением металла. Методом гальванопластики изготавливают матрицы для прессования различных изделий.

9.6 Понятие о контактной коррозии металлов

Самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды, называется коррозией.

Контактная коррозия металлов является частным случаем электрохимической коррозии, т.е. коррозии, протекающей в растворах электролитов.

Электрохимической коррозии подвергаются, например, подводные части судов, проложенные в земле трубопроводы. Коррозия металлов, находящихся во влажной атмосфере, также представляет собой электрохимическую коррозию.

Контактная коррозия возникает при контакте двух разных металлов, находящихся в растворе или во влажной атмосфере. Два металла с различными электродными потенциалами, контактируя друг с другом, образуют гальванический элемент, или, как говорят при обсуждении вопросов коррозии, гальванопару. При этом металл, характеризующийся меньшим значением электродного потенциала, окисляется, т.е. является анодом гальванического элемента. На менее активном металле, который в гальваническом элементе всегда является катодом, протекает процесс восстановления. Если гальванопара из двух металлов находится в кислом растворе, то на катоде могут восстанавливаться ионы водорода:

2H⁺ + 2e^–  H₂.

Вещество, восстанавливающееся на катоде, называют деполяризатором катода. В данном случае имеет место водородная деполяризация катода в кислой среде.

Кроме того, в растворах, контактирующих с атмосферным воздухом, содержится растворённый кислород, также способный восстанавливаться на катоде: O₂ + 4H⁺ + 4e^–  2H₂O (кислородная деполяризация катода в кислой среде);

О₂ + 2H₂O + 4e^–  4OH^– (кислородная деполяризация катода в нейтральной и щелочной средах).

Пример 9.8 Составить уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при контактной коррозии гальванопары медь-никель с водородной деполяризацией катода в кислой среде.

Поскольку ,

то никель, как более активный металл, будет в данной гальванопаре подвергаться окислению; таким образом, никель, являясь анодом, отдаёт электроны и переходит в раствор в виде ионов Ni²⁺. На медном катоде будут восстанавливаться ионы водорода. (-) анод (Ni) Ni  Ni²⁺ + 2e^–

(+) катод(Cu) 2H⁺ + 2e^–  H₂

Ni + 2H⁺  Ni²⁺ + H₂ .

Пример 9.9 Составить уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при контактной коррозии гальванопары железо-цинк с кислородной деполяризацией катода в нейтральной среде.

Поскольку , в данном случае цинк, как более активный металл, является анодом и будет окисляться. На железном катоде будет восстанавливаться кислород.

анодный п роцесс Zn  Zn²⁺ + 2e^– 2

катодный процесс O₂ + 2H₂O + 4e^–  4OH^– 1

2 Zn + O₂ + 2H₂O  2Zn²⁺ + 4OH^–

2Zn + O₂ + 2H₂O  2Zn(OH)₂

Последний пример показывает один из способов защиты металлов от коррозии. Поскольку разрушается всегда анод гальванического элемента, то для того, чтобы защитить данный металл от коррозии, необходимо создать гальванопару, в которой защищаемый металл будет катодом, так как катод не подвергается разрушению. Такую гальванопару можно создать, соединив защищаемый металл, например, железо, с более активным металлом, например, магнием или цинком. Более активный металл, являясь анодом, окисляется, защищая тем самым другой металл от окисления. Именно с целью защиты железа от коррозии жесть оцинковывают, а к корпусам судов на стоянке в портах присоединяют магниевые блоки. Этот способ защиты металла называется протекторной защитой, а более активный металл, являющийся анодом, – металлом-протектором.

Другой способ защитить металлическое изделие заключается в катодной поляризации металла с помощью внешнего источника постоянного электрического тока. Защищаемое изделие присоединяют к отрицательному полюсу источника тока, а к положительному полюсу подключают металлическую болванку. В результате этого происходит (как при электролизе) окисление активного анода, роль которого выполняет металлическая болванка. На защищаемом металле, являющемся катодом, происходит восстановление кислорода или ионов водорода. Этот вид защиты металла от коррозии называется катодной защитой.