§ 27. Химическое действие электрического тока

Растворы солей и кислот в воде или в каком-либо другом растворителе проводят электрический ток и называются электролитами или проводниками второго рода в отличие от металлических проводников, называемых проводниками первого рода.
Электрический ток может проходить через среды, имеющие электрически заряженные частицы, обладающие способностью перемещаться.
При растворении солей и кислот в воде или в каком-либо ином растворителе (этиловый спирт, бензин, бензол и др.) часть молекул распадается на две части, называемые ионами, причем одна часть имеет положительный, другая — отрицательный заряд.
Таким образом, в отличие от металлических проводников, где переносчиками электричества являются электроны, в электролитах ими служат ионы.
Ионы могут быть простыми и сложными. Простой ион образован одним атомом вещества. Ионы, состоящие из нескольких атомов, называются сложными.
Распад химических соединений на ионы под действием растворителя называется электролитической диссоциацией и выражается обычными химическими уравнениями, в левой части которых помещаются химические символы распадающихся веществ, а в правой — образующиеся из этих веществ ионы. Например, уравнение диссоциации поваренной соли (хлористого натрия) записывается следующим образом:

Если в сосуд с электролитом погрузить две металлические пластины, называемые электродами, которые при помощи проволочных проводников присоединены к зажимам источника энергии постоянного тока, то вследствие разности потенциалов между электродами через электролит будет протекать ток. Прохождение тока через электролит сопровождается химическими процессами, носящими общее название электролиза. Находящиеся в электролите ионы, притягиваясь к электродам, двигаются в противоположных направлениях: положительные ионы — к катоду, а отрицательные — к аноду. Подойдя к катоду, положительные ионы получают от него недостающие им электроны и образуют электрически нейтральные атомы. На аноде происходит обратный процесс: отрицательные ионы отдают аноду свои избыточные электроны. Например, при электролизе раствора поваренной соли на катоде отлагаются положительные ионы натрия, а на аноде — отрицательные ионы хлора (рис. 24).

В результате непрерывного перехода электронов с катода на ионы и поступления их на анод поддерживается движение электронов в проводах, соединяющих источник электрической энергии с электродами.
При прохождении электрического тока через электролит на электродах выделяются определенные количества веществ, содержащихся в виде химического соединения в электролите. Зависимость выделенного вещества от силы тока устанавливается первым законом Фарадея, который сформулирован следующим образом: количество вещества, выделившегося на электродах при прохождении тока через электролит, прямо пропорционально количеству электричества, прошедшему через электролит. При прохождении одного кулона электричества из электролита выделяется определенное весовое количество вещества, которое называется электрохимическим эквивалентом данного вещества.
В практических расчетах для определения количества электричества удобнее пользоваться не кулонами (к), а ампер-часами (а · ч).

1 к = 1 a · сек,
1 а · ч = 60 · 60 = 3600 a · сек = 3600 к.

Электрохимический эквивалент выражается в граммах, отнесенных к 1 а · ч количества электричества (Г/а · ч), т. е. определяет весовое количество вещества, выделившегося из электролита и выраженное в граммах, при прохождении через электролит 1 а · ч количества электричества.
Обозначив через I неизменную силу тока, протекающего через электролит в течение t ч, а электрохимический эквивалент данного вещества — через k, определим весовое количество данного вещества g в граммах, выделившегося за это время:

q = k I t

Пример. Если при прохождении через меднокислый электролит тока в 1 а в течение 1 ч на катоде выделяется 1,186 г меди, то при силе тока в 10 а из такого же раствора за 10 ч выделится 1,186 · 10 · 10 = 118,6 г.

Наиболее широко электролиз применяется для нанесения относительно тонких покрытий одних металлов на другие (гальваностегия). Гальваностегия используется для придания изделиям декоративного вида и для защиты от коррозии. Таким способом производят золочение, серебрение, никелирование и т. д.
Электролиз служит также для очистки (рафинирования) металлов, например меди. Пластины неочищенной меди, полученной путем обжига руды, опускают в качестве анодов в ванны, содержащие раствор медного купороса, подкисленный серной кислотой для повышения проводимости электролита. Катодами в этих ваннах являются тонкие медные пластины, на которых отлагается электролитическая медь, а примеси осаждаются на дно ванны.
Весьма распространен электролитический способ получения едких щелочей натрия, калия и хлора, а также кислорода и водорода.