TECHNICKÉ VYUŽITÍ ELEKTROLÝZY

1. TECHNICKÉ VYUŽITÍ ELEKTROLÝZY

2. Chemické změny probíhající na elektrodách je možné v praxi využít různým způsobem: 1. galvanické články, 2. elektrometalurgie, 3. galvanostegie, 4. elektrolytický kondenzátor, 5. zábrana před vlhnutím zdiva, 6. koroze, atd.

3. - - - - - - - - - - - - - - 1.Galvanické články Ponoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku soli téhož kovu  podle koncentrace iontů v roztoku Zn + + + + + + ZnSO4 Zn2+ + SO42- + + + + + + + + + • Do roztoku vstupují další kationty •  roztok se nabíjí kladně, elektroda záporně.

4. - - - - - - - - - - - - - - 1. Galvanické články Ponoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku soli téhož kovu  podle koncentrace iontů v roztoku Cu + + + + + + CuSO4 Cu2+ + SO42- + + + + + + + + + b) Z roztoku se vylučují kationty  roztok se nabíjí záporně, elektroda kladně.

5. 1. Galvanické články Ponoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku soli téhož kovu  podle koncentrace iontů v roztoku a) do roztoku vstupují kationty - roztok se nabíjí +, elektroda - b) z roztoku se vylučují kationty - roztok se nabíjí -, elektroda + • + a – náboje se navzájem přitahují •  na rozhraní • kovu a elektrolytu vzniká tzv. elektrická dvojvrstva • elektrické pole brání přechodu dalších iontů •  vzniká rovnovážný stav Elektrické napětí dvojvrstvy - tzv. elektrodový potenciál

6. 1. Galvanické články Ponoříme-li kovovou elektrodu do vodného roztoku soli téhož kovu  podle koncentrace iontů v roztoku a) do roztoku vstupují kationty - roztok se nabíjí +, elektroda - b) z roztoku se vylučují kationty - roztok se nabíjí -, elektroda + • + a – náboje se navzájem přitahují •  na rozhraní • kovu a elektrolytu vzniká tzv. elektrická dvojvrstva • elektrické pole brání přechodu dalších iontů •  vzniká rovnovážný stav Ponoření elektrody do jiného elektrolytu než do soli téhož kovu = obdobná situace  také vylučování iontů do elektrolytu  také vznik dvojvrstvy

7. 1. Galvanické články • 2 stejné elektrody v daném elektrolytu • stejné elektrodové potenciály • napětí mezi elektrodami = 0V • 2 chemicky různé elektrody v daném elektrolytu • obecně různé elektrodové potenciály • napětí mezi elektrodami ≠ 0V • – tzv. elektromotorické napětí

8. Zn Cu + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + + - - 1. Galvanický článek Ue - soustava elektrolytu a dvou různých elektrod - je vždy zdrojem stejnosměrného napětí

9. Stahy svalstva při doteku dvěma různými kovy Luigi Galvani (1737-1798),italský lékař a přírodovědec

10. 1. Galvanické články - Daniellův článek Ue ÷ 1,1V - Cu Zn + vodný roztok ZnSO4 vodný roztok CuSO4

11. V 1. Galvanické články – polarizace elektrod - + K A - + Produkty elektrolýzy mění povrch elektrod.

12. 1. Galvanické články – polarizace elektrod • Necháme určitou dobu probíhat elektrolýzu → • odpojíme zdroj → místo něj zapojíme voltmetr • voltmetr ukáže, že anoda má vyšší potenciál než katoda • připojeným obvodem teče proud opačným směrem • uvnitř elektrolytu teče proud také = vlastní proud článku • uvnitř elektrolytu je + na katodě, - na anodě • → nastala tzv. polarizace elektrod • →vznikl tzv. polarizační článek • → napětí mezi A a K – tzv. polarizační napětí • tento jev se nazývá elektrolytická polarizace • (elektrolýzou dochází ke změně chemického charakteru • elektrod  vznik nových dvojvrstev)

13. 1. Galvanické články – polarizace elektrod • Spojíme vodivě póly galvanického článku • v článku probíhá elektrolýza způsobená vlastním • proudem článku • může nastat polarizace elektrod • napětí článku postupně klesá – nestálý článek

14. 1. Galvanické články – polarizace elektrod Voltův článek (Ue= 1V): - Zn (H2SO4 +H2O) Cu+ Elektrolýzou vzniká polarizační článek s elektromotorickým napětím opačné polarity. +Zn (H2SO4 +H2O) H2- Vhodnou sestavou lze získat články, které se nepolarizují.

15. Sestrojil první zdroj dlouho- trvajícího elektrického proudu Allesandro Volta (1745-1827),italský fyzik

16. 1. Galvanické články - Daniellův článek Ue ÷ 1,1V - Cu Zn + ZnSO4 + H2O CuSO4 + H2O Membránou procházejí pouze ionty SO42- složení elektrod se nemění - polarizace nenastává - Ue = konstantní

17. Galvanické články - suchý článek • Leclancheův článek (Ue= 1,5 V): • Složení: • - uhlíková tyčka s mosaznou čepičkou (+), • - salmiak (NH4Cl) zahuštěný škrobovým mazem, • - zinková nádoba tvaru válečku (-).

18. Galvanické články - suchý článek • Leclancheův článek (Ue= 1,5 V): • Složení: • - uhlíková tyčka s mosaznou čepičkou (+), • - salmiak (NH4Cl) zahuštěný škrobovým mazem, • - zinková nádoba tvaru válečku (-). • Depolarizátor = burel (MnO2) • - silné okysličovadlo • - okysličuje vzniklý vodík na vodu • - brání polarizaci uhlíkové elektrody.

19. Galvanické články - suchý článek • Plochá baterie • - tři suché články spojeny za sebou.

20. Galvanické články - akumulátor Primární galvanický článek – probíhají v něm nevratné elektrochemické děje Sekundární galvanický článek – probíhající elektrochemické děje jsou vratné – tzv. akumulátor Kapacita akumulátoru – součin proudu a doby, po kterou lze tento proud odebírat = náboj – jednotka A·h

21. Pb Pb • Galvanické články - akumulátor • Je to polarizační článek, který se stává zdrojem napětí • po nabytí - průchodem proudu elektrolytem. H+ SO42- H+ Ponořením olověných elektrod do zředěné H2SO4 se na elektrodách utvoří vrstvičky PbSO4.

22. - + - + Pb Pb • Galvanické články - akumulátor • Nabíjení H+ SO42- H+ Anoda: Katoda:

23. Pb Pb • Galvanické články - akumulátor • Vybíjení - + H+ SO42- H+ Anoda: Katoda:

24. Galvanické články • Akumulátor NiFe • K – Fe • A – Ni • Elektrolyt - roztok 21% KOH + 5% LiOH • Ue = 1,3 V • Oproti olověnému • má větší kapacitu • má větší životnost • vydrží déle v nenabitém stavu • má větší vnitřní odpor

25. Galvanické články - akumulátorová baterie • Akumulátorová baterie - jsou akumulátory spojeny • za sebou.

26. + + + + - - + - - - - - - - - - - 2. Elektrometalurgie Je odbor zabývající se získáváním kovů z roztoků Vana z uhlíku naplněna směsí bauxitu a kryolitu. Průcho- dem proudu se směs taví a na dně se usazuje čistý hliník.

27. 3. Galvanostegie (galvanické pokovování) Je odbor zabývající se pokovováním kovových předmětů elektrolytickým způsobem. - + Cu SO42- Cu2+ Předměty, které se mají pokovovat, tvoří katodu.

28. 3. Galvanostegie (galvanické pokovování)

29. + + + - - 4. Elektrolytický kondenzátor V hliníkové nádobě je elektrolyt, do něhož je ponořená hliníková elektroda. Al Průchodem proudu se na elektrodě utvoří vrstva Al2O3. Ten je izolantem mezi elektrodami. Vznikl kondenzátor.

30. dioda 220V 30V 5. Zábrana před vlhnutím zdiva Ve stavebních materiálech jsou kapiláry, jimiž voda vzlíná ze základů stavby a zvlhčuje stěny. Elektrolyt v kapilárách se elektrolýzou rozkládá, částečkami soli se kapiláry zaplní. Kyslík a vodík vzniklý při elektrolý- ze vyprchává ze stěny a urychluje její vysoušení.

31. 6. Koroze Porušení povrchu kovu chemickým nebo elektrochemic- kým působením. Nejčastějším typem koroze je oxidace kovů účinkem vzdušného kyslíku a vlhkostí vzduchu. Kov, který tvoří anodu se naleptává.