Электролиз
Электролиз
Жұмыстың жоспары
Кіріспе.
1. Қысқаша анықтама және ашылу тарихы.
2. Электролиз теориясы.
3. Электролиз негізінде жатқаг Фарадей заңдары.
4. Электролиз процессіне әсер ететін факторлар.
5. Электродты потенциал құбылысы.
6. Электролитті процестерді талдау.
7. Хлор мен натрий мысалындағы техникалық электролиз.
8. Электролиздің өндірісте қолданылуы.
Қорытынды.
Кіріспе.
Электролиз процессінің анализі жүргізілу үшін қажетті негізгі тапсырмалар келесі әдіспен анықталған болатын.
Электролиттік процестерді түсіну үшін, ең алдымен теориялық бөліммен танысу керек(ашылу тарихы, Фарадей заңы). Келесі кезеңде әртүрлі факторлардың электролиттің нәтижелі өнімдерінне әсері қарастырылады (санды және сапалы құрамы).
Шығынды электролиттің сапалы құрамының электролиз өнім құрамына экспериментальдік жолмен анықталу тәсілдеріне тоқталайық.
Сондай-ақ электролиздің түрлі салаларда, оның ішінде өндірісте қолданылуын қарастырамыз.
1. Қысқаша анықтама және ашылу тарихы.
Электрохимия ғылым ретінде ХVIII және XIX ғасырларда шет елдерде қалыптасты. Тек сол кезде шешімі электрохимия теориясын жаңа дәрежеге көтерген болатын проблемалар туындады. 1799ж итальян физигі А.Вольттің «вольттік бағанасының»- адамзат тарихындағы бірінші тоқ көзінің пайда болуы және итальян физиологы Л.Гальванидің тәжірибелері электрохимияның ғылым ретінде дамуына бастапқы түрткі болды.
Электрохимия жаңа дамып жатқан ғылым. Тек екі ғасыр бұрын электр тогының тұздардың сулы ерітінділері арқылы өткен кезде жаңа заттар пайда болатын химиялық алмасулар жүретіні анықталды.
Тек өткен ғасырдың басында ғана заттардың ерітінділері мен балқымаларында болатын электрохимиялық процестерді зерттеудің ғылымдық бағыты- электрохимия пайда болды.
Электролиздің өндірістік қолданылуы ХІХ ғасырдың 70 жылдарында тұрақта электр токты қуатты генераторлардың пайда болуынан кейін ғана мүмкін болды.
Электрохимияны 70-ші жылдардың соңында ғана екі бөлімге бөле бастады: ионика және электродика. Ионика- электр өрісінің әсерінен зарядталған бөлшектердің жүрісін және электрөткізгіштік құбылысын зерттейтін бөлім, ал электродика электрод ерітінді (балқыма) шегі арқылы өтетін электр тогының электродтар бетінде жүретін құбылыстарды зерттейді.
Егер энциклопедиялық сөздікке көз салатын болсақ, келесі анықтамаға тірелеміз:
« Электролиз ( грек тіліндегі electro және lysis- бөліну, ыдырау)- электрохимиялық тотығу- тотықсыздану процестерінің электрлік тогы өткен кездегі электролитке салынған электродтарға әсері.» электролиз электрохимиядағы ең маңызды бағыт болып табылатыны ескеру қажет, ол өз кезеңінде электрохимия облысында маңызды жаңалықтардың ашылуына негіз болды.
Электролиттік деп заттарға электр тогының әсерінен болатын химиялық айналымдарды айтамыз.
Электролиз процессі барлық жағдайларда бірдей емес, ол бірқатар факторларға тәуелді болады- электролиттің табиғатына, электролиттік ваннаның типіне, электролиздік процестер өздерінің оптимизациясына.
Техникалық және қолданбалы электролизді ажыратады, ал ал электролиттік процестерді келесі түрде жіктейді:
1. металдардың балқымаларының алынуы.
2. гальваникалық қабаттардың алынуы
3. бейорганикалық заттардың алынуы (хлор, сутегі, оттегі, сілтілер және т.б.)
4. органикалық заттардың алынуы
5. металдардың тазартылуы (қола, күміс)
6. металдардың алынуы (магнии, цинк, литий, натрий, калий, алюминий,
т.б.)
7. металдар беттерінің өңделуі.
8. электорофорез көмегімен пленкалардың жабылуы.
9. электродиализ және судың тұзсыздандыруы.
Электролиздің мақсатты қолданылуы мынада жатады: оның көмегімен таза элементтің массалық үлесі жүз процентке ұмтылатын металдарды алуға болады. Ал натрий, никель, таза сутегі және басқалар тек осы метод арқылы алынады.
Сондай-ақ медь мен алюминийді көп жағдайда осы әдіс арқылы алады.
Электролиз зергерлік бұйымдарға алтын немесе күміс пленкасымен жабу үшін қолданылады. Осындай әдіспен бұл металдарды коррозиядан қорғайды.
Бүгінгі таңда электрохимиялық процестердің зерттелуі, оларға әсер ететін факторларды анықтау, электролиз процессінің өндірістік шараларда қолданудың жаңа түрлерінің анықталуы жүргізіліп жүр. Көптеген факторлар әлі де түсінікіз.
Ең басты тапсырма болып, электролиз әдісін одан әрі дамыту, өнімділік пайдалы, ал электроэнергия шығындары минимальды болуы. Сонымен қатар электролиз өнімінің саны мен сапасына әсер ететін түрлі факторларды ескеру қажет(электродтардың материалы, ток тыңыздығы, ток күші, электролит температурасы, т.б.).
Электролиз теориясы.
Электролиз тұрақты токтың жүргізу энергиясы және электродтардағы химиялық айналымдардан бөлінетін энергия арқасында жүреді. Сондықтан, электролиз тек электр тогы жүретін орталарда өте алады.
Электр тогының өткізгіштеріне назар аударайық.
Электролит деп, ерітіндісі арқылы өтетін токтың нәтижесінде жүретін химиялық процесті айтамыз.
Электр тогының өткізгіштеріне мыналар жатады: тұздардың, қышқылдардың, негіздердің сулы ерітінділері. Электр тогын өткізетін заттар мен ерітінділер электролит деген атқа ие болды.
Сонымен қышқылдар, негіздер және тұздар электролит болып табылады.
Токтың нашар өткізгіштері болып дистильднеген су, қанттың, спирттің, глицериннің сулы ерітінділері, сонымен қатар, қалыпты осмотикалық қысымды ерітінділер, соның ішінде, қышқылдар, тұздар мен негіздердің басқа сұйықтардағы ерітінділері жатады. Құрғақ тұздар және сусыз қышқылдар мен негіздер (қатты түрде) ток өткізбейді.
Электролиз кезіндегі энергия мақсатты өнімдердің қалыптасуы процессі жүйесінің гиббстік энергиясын арттруға жұмсалады және электролизер және электр жүйенің басқа аудандарындағы кедергі нәтижесінде болатын біртіндеп жылу ретінде ыдырайды.
Электролиз нәтижесінде катодта жаңа өнімдердің пайда болуымен электролит молекулалары мен иондарының тотығуы жүреді. Катиондар электрондарды қабылдап, тотықсызданудың төмен дәрежелі иондарға немесе атомдарға айналады.
Электролиз нәтижесінде анодта анод материалына жататын немесе электролитте болатын иондар немесе молекулалардың тотықсыздануы жүреді (анод ыдырайды немесе тотықсызданады).
Сол әдіспен, электролиздердің бастапқы өнімдері қышқылдар, негіздер және тұздардың алмасу реакциясы кезіндегі бөлшектері болып табылады, олар өзгермейді, бір заттан екіншісіне ауысады.
Электродтан бөлінетін өнімдерді зерттей отырып, қышқылдар, негіздер және тұздардың электролизі кезінде катодта әрқашан металл мен сутегі, ал анодта қышқыл қалдықтары мен кейін өзгерістерге ұшырайтын гидроксильді топтар бөлінетіні анықталды.
Электролиз кезіндегі процестерді дәлірек қарастырайық.
Бізге бірінші жақты өткізгіштер белгілі, оларда электр электрондар арқылы тасымалданады, ал екінші жақты өткізгіштерде электр иондар арқылы тасымалданады.
Электрондар иондармен бірінші жақты өткізгіштер екінші жақты өткізгіштермен шектесетін электр тізбегі бар жерлерде өзара әсерлеседі. Сол арқылы электрохимиялық процестер жүреді.
Бұл жүйе энергияның химиялық көзі деп аталады, егер бұл процесстер өзімен жүретін болса.
Егер олардың жүруі электр энергиясының қосылуымен шартталатын болса, онда электролиз жүреді.
Электролиз кезінде электродтарда жүретін электрохимиялық процестер ең алдымен электрохимиялық жүйелерге сәйкес болатын электродтық потенциалдар қатынасына тәуелді болады.
Бірнеше мүмкін болатын процестерден минимальды энергия шығыны болатыны жүреді.
Бұл катодта ең көп электродты потенциалы болатын электрохимиялық жүйелердің тотықсызданған формаларының тотықтануы жүреді, ал анодта ең аз электродты потенциалы болатын жүйелердің тотықтанған формалары тотықсызданады.
Енді магний хлориді балқымасы мысалында электролиз процессін қарастырайық.
Егер MgCl2 балқымасы арқылы ток өткізетін болсақ, магний катиондары теріс ішкі тізбек арқылы келетін электрондармен өзара әсер ететін
электродтарға қарай тартылады.
Mg2++2e-=Mg
Ал хлор аниондары электр тогының әсерінен оң электродқа қарай тартыла бастайды, артық электрондарды бере отырып және тотықсызданады.
Сонымен хлор иондарының тотықсыздануы- электрохимиялық кезең бастапқы процесс болып келеді.
2Cl-=2Cl+2e-
Келесі процесс – хлор атомдарының молекулаларына өзара байлануы жүреді.
2Cl=Cl2
Енді балқыманың электролиз кезіндегі тотығу-тотықсыздану реакциясының электродта жүретін процестер теңдіктерін қоса алғанда
жалпы теңдеуін аламыз.
Mg2++2Cl-1=Mg+Cl2
Электролит иондарынынан басқа кез келген сулы ерітіндіде судың диссоциация өнімдері болатын иондар болады – Н+ және OH-. Судың молекулалары да берілген шартарда электрохимиялық тотығу-тотықсыздануға ұшырайды.
Электролит катиондары сутегі катиондары сияқты катодта разрядталады. Және аналогия бойынша, анодта электролит аниондарының және гидроксид иондарының разрядтары жүреді.
Сулы ерітінділердің электролизі кезінде катодты процестерді қарастыра отырып сутегі иондарының тотығу процессіндегі потенциал мөлшерін ескеру қажет. Бұл потенциал сутегі иондарының концентрациясына тәуелді болады және бейтарап ерітінділер жағдайында (рН=7) мына мәнге ие болады: φ=─0¸059•7= ─0¸41B.
Бейтарап ерітіндіде катодтан металдың электролиті кезінде және ─0¸41B ке қарағандағы электродты потенциалы оң болатын металл бөлінеді.
Ал электролит жағдайында, потенциалы ─0¸41Bке қарағанда теріс потенциал болатын металдар тотықтанбайды, сутегінің бөлінуі жүреді.
Ал егер металл потенциалы ─0¸41B көрсеткішіне жақын болса (орта қатардың металдары – Zn, Cr, Fe, Ni), электролиз шарттарына және ерітінді концентрациясына байланысты металдың тотығуымен қатар сутегінің бөлінуі мүмкін; металл мен сутегінің бірқатар бөлінуі көп кездеседі.
Сутегінің қышқыл ерітінділерінен электрохимиялық бөлінуі сутегі иондарының разрядталыну нәтижесінде пайда болады. Бейтарап немесе сілітілі орталар жағдайында ол судың электрохимиялық тотығуының нәтижесі болып келеді:
2H2O+2e-=H2+2OH-
Сонымен, сулы ерітінділердің электролизі кезінде катодты процестердің мінезі ең алдымен кернеу қатарындағы сәйкес металдың орналасуымен анықталады. көп жағдайда ерітіндінің рН, металл иондарының концентрациясы және электролиздің басқа шарттары маңызды болады. Анодты процестерді қарастырған кезде анодтың материалы электролиз кезінде тотығу мүмкіншілігін ескеру қажет. Осыған байланысты инерттік анодпен электролиз және активті анодпен электролиз деп ажыратады. Активті анод деп, материалы электролиз кезінде тотыға алатын анодты айтады. Инертті анод материалы негізінде көбінесе көмір графитін немесе платинаны қолданады. Инертті анодта сілтілердің сулы ерітінділерінде, құрамында оттегі болатын қышқылдар және оның тұздары, сонымен қатар, фторлысутекті қышқылдар және фторидтердің электролизі кезінде судың оттегі бөлу арқылы электрохимиялық тотықсыздануы жүреді.
Ерітіндінің рН на байланысты бұл процесс әртүрлі жүреді және әр түрлі теңдеулермен жазылуы мүмкін.
4OH-=O2+2H2O+4e-
Ал қышқыл немесе бейтарап ортада
2H2O=O2+4H++4e-
Қарастырылып отырған жағдайларда судың электрохимиялық тотықсыздануы энергетика жағынан ең пайдалы болып келеді. Құрамында оттегі болатын аниондар не тотыға алмайды, не тотығу процессі өте жоғары потенциалдарда өтеді. Мысалы, SO42 ионы тотықсыздануының стандартты потенциалы
2SO42-=S2O82-+2e-
2,010В ке тең, су тотықсыздануының стандартты потенциалын біршама арттырады. (1,228B).
F ионы тотықсыздануының стандартты потенциалыодан үлкен көрсеткішке ие (2,87B).
Сулы ерітінділердің оттексіз қышқылдары және олардың тұздарының анодтағы электролизі кезінде аниондар разрядталады. Көбінесе, HI, HBr, HCl ерітінділері және олардың тұздарының электролизі кезінде анодта сәйкес галоген бөлінеді. HCl және оның тұздарының кезінде хлордың бөлінуі жүйелердің орналасуын кері тұжырымдайды
2Cl-=2Cl+2e-(φ=1¸359B)
және
2H2O=O2+4H++4e-(φ=1¸228B)
стандартты электродты потенциалдар қатарында. Бұл аномалия аса маңызды екі электроды процесстердің біреуінің кернеуінің тым жоғары болып кетуіне байланысты- анодтың материалы оттегі бөліну процессіне тежеулі әсер етеді.
Ал активті анод жағдайында бәсекелесетін тотқсыздану процестердің саны үшке дейін өседі: судың оттегі бөлінуімен электрохимиялық тотықсыздануы, анионның разрядталуы (яғни оның тотықсыздануы) және анод металының электрохимиялық тотықсыздануы (металдың анодтық еруі деп те атайды). Бұл мүмкін болатын процесстерден тек энергетикасы жағынан ең пайдалысы ғана жүреді. Егер анод металы стандарттық потенциалдар қатарында басқа екі электрохимиялық жүйелерден ертерек орналасқан болса, металдың анодтық еруі байқалады. Кері жағдайда оттегінің бөлінуі немесе анионның разрядталуы жүреді.
Сулы ерітінділердің электролизінің бірнеше типтік жағдайларын қарастырайық.
CuCl2 ерітіндісінің инердті анодпен электролизі. Қола керну қатарында сутектен кейін орналасқан; сондықтан катодта Cu2+ иондарының разрядталуы және металдық қоланың бөлінуі жүреді. Анодта хлорид-иондар разрядталады.
Қола хлориді (ІІ) ерітіндісінің электролиздік сұлбасы.
CuCl2
Катод←Cu2+2Cl-→Анод
Cu2++2e-=Cu2Cl-=2Cl+2e-
2Cl=Cl2
K2SO4 ерітіндісінің инертті анодпен электролизі. Калий кернеу қатарында сутегіден біршама ерте орналасқандықтан, катодта сутегінің бөлінуі және ОН- жиналуы болады. Анодта оттегінің бөлінуі және Н+ иондарының жиналуы жүреді. Сонымен қатар катодты кеңістікке К+иондары жиналады, ал анодтікіне- SO42 иондары. Сол арқылы ерітінді барлық жағынан электрбейтарапты болып қалады. Алайда катоды кеңістікте сілті жиналады, ал анодта-қышқыл.
Калий сульфаты ерітіндісінің электролизінің сұлбасы:
2K2SO4
Катод←4K+2SO42-→Анод
4K+2SO42-
4H2O+4e-=4OH-+4H2H2O=4H++2O+4e-
KOH4H=2H22O=O2H2SO4
NiSO4 ерітіндісініңникельдіанодпенэлектролизі. Никельдіңстандарттыпотенциалы(-0,250B) -0,41Bденкішкенеартық; сондықтанNiSO4 бейтараперітіндісініңэлектролизікезіндекатодтанегізіненNi2+ иондарыныңразрядтарыжәнеметалдыңбөлінуіжүреді. Анодтакерібағыттапроцессжүреді– металдыңтотықсыздпнуы, никельдіңпотенциалысудыңтотықсызданупотенциалынанәлдеқайдааз. Соларқылы, берілгенжағдайдаэлектролизанодметалыныңеруіменоныңкатодабөлінуінеәкеліпсоғады.
Никель сульфаты ерітіндісінің электролиз сұлбасы:
NiSO4
Катод→Ni2+SO42←Анод
SO42-
Ni2++2e-=Ni Ni=Ni2++2e-
Бұлпроцессникельдіңэлектрохимиялықтазартылуыкезіндеқолданылады.
3.Электролиз негізінде жататын Фарадей заңдары.
Фарадейдің бірінші заңы.
«Электр тогының электролит ерітіндісі арқылы өькендегі электродта бөлінетін зат массасы электр көлеміне тура пропорционалды болады».
∆m=kэQ
Мұндағы ∆m-реакцияға түскен заттың мөлшері; Q- электр мөлшері; kэ- электр мөлшерінің бірлігіне қанша зат әсер еткенін көрсететін пропорционалдық коэффициент.
k мөлшері электрохимиялық эквивалент деп аталады.
k=M/(Naz|e|)
мұндағы z ион валенттілігі; М электродта бөлінген заттың молярлық массасы; Na Авогадро тұрақтысы, |e|=1,6•10-19 Кл.
Фарадейдің екінші заңы.
Фарадейдің екінші заңы бойынша, өткен электрдің берілген мөлшерінде реакцияға түскен заттардың массаларының қатынасы олардың химиялық эквиваленттерінің қатынасына тең:
∆m1\A1=∆m2\A22=∆m3\A3=const
Элементтіңхимиялықэквивалентісутегініңбіратомдықмассасыннемесеоттегініңжартыатомдықмассасынқосатыннемесеалмастыратынхимиялыққосылыстарда1\12 атоммассасыныңC12болатынэлементбөлшегімассасықатынасынатең. «химиялықэквивалент» түсінігі
қосылыстарғақолданылады. Солай, қышқылдыңхимиялықэквивалентісанбойыншаоныңмолярлықмассасыныңнегізінебөлінуінайтамыз(сутегіиондарыныңсаны), негіздіңхимиялықэквиваленті-оныңмолярлықмассасыныңқышқылдығынабөлінуін(бейорганикалықнегіздерде— гидроксильдітоптардыңсанына), тұздыңхимиялықэквиваленті— оныңмолярлықмассасыныңкатиондарнемесеаниондарзарядтарыныңқосындысынақатынасыболыптабылады.
4. Электролиз процессіне әсер ететін факторлар.
Электролиз эффектілігін келесі факторлар қатарымен баға береді: ток күші, кернеу, ток тығыздығы, ток көзінің ПӘКі, ток шығыны, зат бойынша шығыны, электрэнергияның ПӘКі, алынған өнімнің бірлігіне кетірілген электр энергиясының шығыны.
Электролизердегі ток күші мен кернеулік оның өнімділігін сипаттайды. Электролизер арқылы өтетін ток күші неғұрлым көп болса, берілген электролизердің эксплуотациясы кезінде соншалықты көп өнім алуға болады. Жақында қуатты электролизерлердің жасалу тенденциялары байқалуда. Олар ондаған және жүздеген мың Амперге саналған (хлор, алюминий және т.б. өнімдері) электролизердегі кернеу бірнеше ұүрамдастардан түрады:
U=ea-ek+∆ea+∆ek+eэл.-eдиафр.+еконт.
Мұндағы U- жарлықтағы жалпы кернеу; ea және ek – анодты және катодты реакциялардың тепе теңдік потенциалдары; eэл. және eдиафр – электролит және диаграммадағы кернеудің кемуі; еконт.- байланыстағы кернеудің кемуі. ea-ek қосындысы ыдырудың кернеуі деп аталады. Бұл өлшем электролизге кеткен заттардың ішкі энергиясының өзгеруіне ұшырайтын электроэнергияның мөлшерін көрсетеді.
Электролиз кезінде поляризация және осмикалық кернеу балансының күйі мөлшерінен жарлықтағы кернеулер кемуге тырысады. Ыдырау кернеуі әсер етуші заттың табиғатына шартталған, сондықтан өзгере алмайды. ∆ек мен ∆еа мәндері араластыру, электролит температурасын арттыру, электрод бетінің күйін өзгертуі және бірқатар факторлардың әсерінен электродта өтетін электрохимиялық реакцияның түріне байланысты өзгере алады.
R=ρl\s теідеуі арқылы берілген электролиттегі кернеудің кемуін (мұндағы ρ- электролиттің шекті тежеуі; Ом•см, l-электродтардың арасындағы арақашықтық, см (диаграмманы есептемегенде); S- электр тогы өтетін электролиттің көлденең қимасының ауданы, см2, ол электродтардың жылжытылуы, ерітіндіге электр терістігі мол қосылыстарды қосу, температураның арттыру арқылы кішірейтілуі мүмкін. Егер электролиз газ бөлінумен қатар жүрсе, жоғарыда көрсетілген теңдеу әрқашан кернеудің электролитте кемуіне сәйкес болмайды. Оның мазмұны электродтағы газ көпіршіктері электролиттің активті қимасын S азайтады және токтың бірінші электродтан екіншісіне дейінгі жолды ұзартады. Бұл құбылыс газдытолтырылу деп аталады, оны берілген моменттегі көпіршіктің алып жатқан көлемінің жалпы электролиттік жарлықтың көлеміне қатынасын айтуға болады. Газдытолтырылудың электролиттің электрөткізгіштігіне әсерін келесі теңдік арқылы анықтауға болады:
ρ\ρο=1-1.78φ+φ2
мұндағы ρ және ρο электролиттің жалпы және газдытолтырылған электролиттің шекті кедергісі; φ- газдытолтырылу. φ – дің мөлшері температураның арттыруымен, сонымен қатар жарлықтан газдарды еркін жоятынын қамтамасыз ететін арнайы электродтардың құрылғысы арқылы азайтуға болады.
Диафрагмадағы кернеудің кемуі диафрагманың электролиздегі рөлі жайлы сұрақты шешу кезінде анықталды. Байланыстардағы кернеулердің төмендеуі жайлы айтатын болсақ, бөл мөлшер байланыстардың дамығандығынан, әсерлесуші беттердің тазалығынан тәуелді. Электродтық байланыстардың көптеген шешімдері бар. Кернеудің пайдалану әсер коэффициенті депыдырау кернеуінің жалпы кернеуге қатынасын айтамыз:
hкерн= (ea-ek)\U
ток тығыздығы деп, электролит арқылы өтетін токтың электрод бетінің мөлшеріне қатынасын айтамыз; А\см2 (дм2, м2). өндірісте токтардың әртүрлі тығыздықтарымен жұмыс істейді- бірнеше жүз А\см2 тан (гальваностегия, гидроэлектрометаллургия, Хлор өндіріснде) бірнеше мыңдаған А\см2 ке дейін. Ток тығыздығының мөлшері электродты беттің бірлігінен, яғни электролизер өнімділігінен алынатын өнім мөлшерін сипаттайды. Сондықтан, ток тығыздығының арттырылуы электролиз өнімінің ешқандай шығынын келтірмейтін болса, ток тығыздығының максимальды мүмкіндіктерімен жүргізілетін процестерге ұмтылады. Алайда, ток тығыздығының қалыпты мәнін таңдаған кезде, кейбір жағдайларда электролизге кеткен электрэнергиясының шығынының артуы нітижесінде кернеудің ток тығыздығының артуы болады. Электролиз кезінде электролит арқылы жіберілетін ток бірнеше параллельді электрохимиялық реакцияларға шығындала алады. Мысалы, сулы ерітінділердің электролизі кезінде электрохимия тотығу тотықсыздану реакцияларына сәйкесінше анодта және катодта бөлінетін судың О2 және H2 ге ыдырауы қатар жүреді. Криолитқарабалшықтың балқымасының электролизі кезінде ток берілген жағдайларда тек алюминийдің бөлінуіне ғана шығындалмайды, сонымен қатар катодта металл натрийдің жиналуына кетеді.
Сонымен, электролит арқылы жүргізілетін ток берілген анодта бір уақытта өтетін бірнеше процестерге таралады:
I=i1+i2+i3+…in
Мұндағы І- электролизер арқылы өтетін ток; i1 және i2 электролиттің реакциясының бірінші және екінші бірлігіне шығындалған ток.
Электролизер арқылы өткізілген электр мөлшерінің қолданылуының тиімділігін ескеру үшін ток шығыны деген түсінігі енгізіледі.
Ток бойынша шығын- кез келген электр көлемін алу үшін телориялық қажетті электр мөлшерінің практикалық шығындалған электр көлеміне қатынасы.
Қажет емес электрохимиялық реакцияларға кететін энергияны азайту үшін электролизді ерітіндінің ыдырауы қиын болатын жағдайларда жүргізуге тырысады. өйткені еріткіштің тотығу тотықсыздану поляризациясы мүмкіндігі жоғары болады (мысалы сутегінің немесе оттегінің кернеуінің тым артуы). Бұл ток тығыздығының артуы, электролит температурасының өзгертуі, электролит материалының таңдалуымен нәтиже береді.
Зат бойынша шығын- электрохимиялық реакция нәтижесінде алынған өнім мөлшерінің теория бойынша пайда болатын зат мөлшеріне қатынасын айтамыз. Электроэнергия жұмсалуының ПӘКі (энергия бойынша шығын)- зат мөлшерінің бірлігі алыну үшін қажетті электроэнергия мөлшерінің практика бойынша шығындалған энерги мөлшеріне қатынасын айтамыз. Теория бойынша қажетті электроэнергия мөлшері – егер процесс кернеу бойынша 100%-ті ток күшінің шығынымен жүргендегі зат мөлшерінің бірлігі алыну үшін қажетті мөлшері. Сонымен, энергия бойынша шығын мына формула арқылы анықталады.
ηэ=Wп\N=ηток•ηкернеу
ток бойынша шығын һ және зат бойынша, электроэнергия пайдаланудың ПӘКі һкерн көбінесе процентте есептейді. Электроэнергия шығынын көбінесе өндірілген зат мөлшерінің бірлігіне теңестіреді, вт сағ\кг немесе квт сағ\т өлшенеді. Тұрақты ток электрэнергиясының 1т электролизбен өндірілген өнімге кеткен шығымын есептеу үшін келесі формуланы қолдануға болады:
W=1•106•U\kηток•1000
Мүндағы W-тұрақты ток электроэнергиясының шығыны кВтсағ\т; U- электролизердегі кернеу, В; k-электрохимиялық эквивалент, грамм\а•r; һ ток- ток бойынша шығыны, бірлік мөлшері; 1000-айналдыру коэффициенті, вт•сағ тан квт•сағ қа. Айнымалы токтың өндірілген өнімгің бірлігне кеткен электрэнергия шығымын тұрақты ток энергиясы шығымы айнымалы токтың тұрақтыға айналу кезіндегі коэффициент мөлшеріне қатынасымен анықталады. электролит балқымасы немес ерңтңндң арқылы электр тогының өткізілуі уақыт аралығында және пайда болатын және шығындалатын зат мөлшері аралығында Фарадей заңдарымен анықталатын қатаң қатынастар болады.
5. Диафрагмалардың қолданылуы.
Анодта және катодта өтетін электролиз өнімдерінің әрекеттесуін тоқтату кездерінде электролизер ішіне көпіршікті қалқа кіргізіледі-диафпагма, оны минимум екі электродты кеңістіктерге – анодты, катодты етіп бөледі. Анодты кеңістікке құйылатын ерітіндіні анолит, ал катодты кеңістікке құйылатын ерітіндіні католит деп атайды. Диафрагмалар орнатылған және фильтрлейтін болып бөлінеді. Орнатылған диафрагмаларда диффузиондық кедергілер болу керек және олар электролит иондары үшін ғана селективті өткішті болу керек, сонымен бірге олар электролиз өнімдерін тежемеуі қажет. Фильтрлейтін диафрагмалардың диффузиондық кедергісі төмен болғандықтан, оларды электролизді кері бағытта- электролит бір электродты кеңістіктен келесіге диафрагма арқылы иондар қозғалысы бағытына қарама қарсы көшкен кезде қолданылады. Диафагмалар көлемді көпіршіктенуімен, өткізгіштігімен, электр кедергісімен сипатталады. Диафрагманың көлемді көпіршіктенуі көпіршіктер көлемінің мөлшерінің жалпы диафрагма көлеміне қатынасымен сипатталады, мына теңдікпен анықталады:
g= 1-dкаж\dист
мүндағы dкаж- диафрагманың тұжырымды тығыздығы, dист- шын тығыздығы. Диафрагманың өтімділігі – р диафпагманың ауданына, бетіне, қалыңдығына, гидростатикалық қысымына һ және өту уақытына тәуелді болады.
p= kShr\δη
мұндағы k- өтімділік коэффициенті, диафрагманың берілген типіне сипатты мөлшері. Диафрагманың электрлік кедергісі R келесі қатынастан анытай аламыз:
R=ρδβ\gS
Мүндағы δ көпіршіктердің бұралаңдануының коэффициенті, көпіршіктің ұзындығы диафрагма ұзындығынан неше есе кем екенін көрсетеді.
Диагфрагмалар электролиз жағдайында мықты химикалық тұрақтылыққа және механикалық беріктілікке ие болу керек. Диаграма жасалатын зат болып асбест, керамика, пластмаса болып келеді. Кейбір жағдайларда, мысалы, балқымалардың электролизікезінде металдық диафрагмалар қолданылады.
Соңғы жылдары электролиз процессінен тек бір зарядтың ионы (катион немесе анион) үшін енетін ионитті диафрагмалардың таралуын алады. Электролиз өнімдерінің өзара әсерлесуіне ғана кедергі етпей, электродтарда өнімдердің тотығу тотықсыздануын болдырмайды. Осындай жағдайларда не орнатылған, не ионитті диафрагмаларды қолданылады.
6. Электродты потенциал құбылысы.
Егер металды суға салатын болсақ, оның катиондары сұйықтыққа өте бастайды. Катион бетінде электр зарядының болуына байланысты метал бетінде өлшемі бойынша тең, таңбасы бойынша қарама қарсы болатын заряд артық электрондар түрінде жүреді, яғни металл беті
теріс зарядталған болады. Ол өзіне металдың ерітіндіге өткен оң зарядты иондарын біртіндеп тарта бастайды, сол арқылы ктиондар ерітінді көлеміне еркін өте алмайды. Сондықтан, металл мен ерітінді шекарасында теріс жағы металл беті, ал оң жағы еріген иондардың жанасу қабаты болып келетін жазық конденсатор тәрізді жұп электрлік қабат түзіледі. Иондардың аз мөлшері ерігеннен кейіннен ақ жұп қабаттың заряды соншалықты өседі, металдың балқуы тоқталады.
Егер металл суға емес, өзінің иондарының ерітіндісне салынған болса, (мвсалы, Zn ті ZnSO4 ке салғанда), онда бұл процесс біршама өзгеше болады. Егер ерітінді концентрациясы аз болса, онда жұп электрлік қабаттың түзілуі металдың судағы ерітіндісіндегідей өтеді.
Егер ерітіндіде иондар концентрациясы жоғары болса, онда алдымен металл бетіндегі оң зарядталған катиондардың тұнбаға түсуі байқалады. Енді металл беті өзіне теріс иондарды тарта бастайды және жұп электрлік қабат түзіледі.
Катиондар металдың бір таңбалы заттарының және оның иондарының ары қарай тұнбаға түсуі тоқталатынға дейін катиондар тұнбаға түседі.
Екі теріс таңбалы зарядталған денелер болғанда олардың арасында потенциалдар айырмасының болатыны белгілі. Бұндай потенциалдар айырмасы мұнда да, жұп электрлі қабатта, металл-ерітінді шекарасында байқалады. Иондардың металдан ерітіндіге және қайта өтуі олардың арасында потенциалдар айырмасын тудырады. Металл-ерітнді жұбын электрод деп айту қабылданған. Бұл жағдайда потенциал электродты деп аталады.
Электродты потенциал неге тәуелді болады? Оны өлшеуге бола ма және қалай? Осы сұраққа жауап бере отырып, электрохимиктер бізге Нернст теңдеуін береді:
φ=φο+RT\nF•lg[Men+]
мұндағыφ— электродтыпотенциал; [Men+]- металлиондарыныңконцентрациясы, моль\л; Т— абсолюттемпература; n- металлиондарыныңваленттілігі; φο— стандарттыэлектродтыпотенциал; F- Фарадейсаны(F=96500 Кл).
Осы теңдеудегі ең маңызды өлшем- стандартты электродты потенциал φο. Оның физикалық мәні анық болады, [Men+]=1 моль\л.
Онда теңдеудің екінші мүшесі нөлге тең болады. Яғни, стандартты электродты потенциал дегеніміз, соңғы 1моль\л концентрациясы үшін металл мен ерітінді иондарының шекарасында өтетін потенциалды айтады. Бұл электродтың ең негізгі сипаты болып табылады. Нернсттің теңдеуі әрбір электродтың электродты потенциалы әр түрлі өзгерістерге ұшырай алады. Оны ерітінді концентрациясына тәуелді болатын теңдеудің екінші мұшесі растайды. Енді мынадай сұрақ туындайды, электродты потенциалды қалай өлшеуге болады? Егер екі электродты қосатын болсақ гальваникалық элемент пайда болатыны бізге мәлім. Бұл элементтің кернеуі оның екі құрамдас электродының потенциалдар айырмасына тең болады. Егер бізге бір электродтың электродты потенциалы белгілі болса, біз екіншісінің электродты потенциалын анықтай аламыз. Қиыншылықтың барлығы мынада жатыр: бір электродты потенциалдың мәнін білу қажет. Сутекті стандартты электродтың потенциалы нөлге теі деп қабылданған. Сутекті электрод платинадан жасалған және күкірт қышқылы ерітіндісіне батырылған (концентрация Н +--1 моль\л). Электрон беті кедір бұдырлы, әрі үлкен. Газ тәрізді сутегінің ағымы электродқа бірқалыпты жабысады. Сутегі платиналық электродтың бетімен жанасады, біртіндеп жиналады, Н2 бір бөлігі сутегу атомдарына ыдырайды. Платинада түзілген сутегі атомдары мен ерітіндідегі сутегу иондары арасында тепе теңдік орнайды. Металл-ерітінді шекарасында электрохимиктер нөл деп алатын потенциалдар айырмасы пайда болады. Әрине, шынында бұл потенциал нөлге тең емес, бірақ оның мәні бізге беймәлім. Сондықтан сутектік стандартты электродтың көмегімен электродты потенциалды анықтау сипаты қатынасты болып келеді; біз оны сутектік стандартты потенциалдың шартты алынған нөл мәні етіп анықтаймыз.
7. Электролиттік процестерді сипаттау.
Электролиз белгілі электр өрімінің қатысуымен байланысты, оның әсерінен электролитте оған тән процессте жүруі мүмкін. Электро кинетикалық процесстер бір фаза басқасымен диспергирленгенде жүреді; олардың қатарына электрофорез- сұйық ішінде өлшенген қатты бөлшектердің қозғалысы. Электр өрісінің ішінде электроосмос құбылысы байқалады- қатты денеге қатысты сұйықтың қозғалысы. Электролиз аппараты электролизер немесе электролиттік ванна деп аталады. Электролизердің қарапайым сұлбасы 1 суретте көрсетілген. Электролизердің корпусын керамика, пластмасса, шыныдан немесе болаттан жасайды. Коррозия немесе жоғары температуралардан қорғалу үшін электролизер корпусын кейде гумреирлейді, пластмассамен, коррозияға тұрақты металдармен қаптайды. Белглі жылулық режимді қалыпта ұстау үшін кейбір жағдайларда теплоизоляциямен қамтамасыз етеді. Катодтарды дайындау үшін болат, түрлі түсті металдар, сынап, қорғасын, цинк, қалайы, қола, алюминий, металдардың балқымалары, көмір немесе графит қолданылады. Анодтар еритін және ерімейтін болады. Еритін анодтарды жоғары айтылып өткен түсті металдардан, көміртекті болаттан, кейбір басқа балқымалардан, ал ерңмейтін анодтар болаттан, графит немесе көмірден, никельден, тотталмайтын болаттан жасайды, кейбір жағдайларда жұқа қабаты бағалы металдан жасалған биометалды анодтарды қолданады, ол мысалы қорғасынның ток өткізгіштік негізіне берілген жағдайда берілген электролитте инертті болатын басқа металл үстіне жабылады. Электродтың материалы көптеген факторларды ескере отырылып таңдалады- электролиздің бастапқы және нәтижелі өнімнің табиғатына, процесс жүргізу жағдайларына, т.б. байланысты.
Минералды немесе органикалық қышқылдар, тұздар және олардың қосылыстары электролиттер бола алады. Кейбір жағдайларда электролит электрохимиялық тотығу тотықсыздану өнімі ретінде
бірқатар шығынды зат болып келеді, басқа жағдайларда, ток өткізгіш қосымша зат болып келеді. Электролитер үшін еріткіштер болып сулар, спирттер, пиридин, диметилформальдегид, ацетонитрил және басқа да органикалық қосылыстар немесе олардың қоспалары бола алады. Электролизді еріткішсіз де өткізуге болады, электролит балқымаларында немесе электролит қоспаларында.
8. Хлор мен натрий мысалындағы техникалық электролиз.
Сулы ерітінділердің техникалық электролизі металдардың бөлінуінсіз немесе олардың катодта бөлінуімен жүре алады. Электрохимиялық процесстердің арасында сулы ерітінділердің металл бөлінуінсіз ыдырауы натрий хлоридінің сулы ерітіндісі мысалында көрсетеміз.
Хлорид натрий сулы ерітіндісінің электролизі. Хлорид натрий сулы ерітіндісінің электролизі кезінде хлор, сутегі, каустикалық соданы аламыз.
Хлор- атмосфералық қысым және қалыпты температура кезінде сары-жасыл түсті нашар иісті газ. Атмосфералық қысымда қайнау температурасы -33,60C, қату температурасы -1020C. Хлор суда, органикалық еріткіштерде ериді және өте жоғары химиялық активті болып келеді.
Хлор ең алдымен химиялық өндірісте әртүрлі органикалық хлорөндірушілерді: пластикалық массаларды, синтетикалық каучукты, химиялық талшықтарды, еріткіштерді, инсектицидтерді, т.б. алу үшін қолданылады. Қазіргі кезде дүниежүзілік хлор өндірісінің 60%-і органикалық синтез үшін қолданылады. Соған қарамастан хлор тұзды қышқылды, хлор әктасын, хлораттарды және т.б. өндіру үшін қолданылады. Хлордың көптеген мөлшерлері металлургияға полиметалдық рудаларды өңдегенде, рудалардан алтынды бөліп алу үшін, мұнай өндіру саласында хлорлирлеу үшін қолданылады, солай да медицина мен санитарияда, суларды зарасыздандыру үшін, пиротехникада және т.б. көптеген халық шаруашылық салаларында қолданылады. Хлорды пайдалану салаларының кеңкйтілуі нәтижесінде, органикалық синтезде атқарылған еңбектер арқасында, дүниежүзілік хлор өндірісі жылына 20 млн тонн құрайды.
Каустикалық сода немесе улы натрий- мөлдір емес кристалды зат, суда жақсы ериді, атмосфера қысымында балқу температурасы 3280C болады. өндірісте қатты улы натр және оның сулы ерітінділері өндіріледі. Улы натр өндірістің көптеген салаларында кең қолданылады-целлюлоз-қағазды, химиялық талшықтар, мұнайөндіруші, органикалық синтез, лак сырлы тағы көптеген қатар салаларда қолданылады.
Сутегі- газ, атмосфера қысымындағы қайнау температурасы -252,80C. Сутегіні көптеген маңызды органикалық және бейорганикалық өнімдерді синтездеу кезінде қолданылады: аммиак, метанол және басқа спирттер, майлардың, қатты және сұйық отынның гидрогенизациясы, мұнай өнімдерін тазарту кезінде қолданылады.
Хлор мен сілтілер өндірісінің шикізаты ретінде, ең алдымен қатты тұздың ерітіндісінен алынатын ас тұзының ерітінділері, немесе табиғи тұздар бола алады. Ас тұзының ерітінділері олардың алыну жолына қарамастан, кальций және магний қоспаларынан тұрады, электролиз цехтарында бұл тұздардан тазартуға ұшырайды. Бұл тазарту не үшін қажет? Электролиз процессінде нашар еритін кальций мен магний гидроксидтері түзілуі мүмкін, кейін олар электролиздің қалыпты жүрісін бұзады. Химикалық тазартудан басқа, ерітінділерфильтрацияның механикалық қоспаларынан ажыратылады. Ас тұзы ерітіндісінің электролизі қатты темір немесе болат катодпен ванналарда және ванналарда сұйық сынапты катод пен диафрагмалармен жүргізіледі. Қазіргі үлкен хлорлы цехтардағы жабдықтар қолданылатын өндірістік электролизерлер жоғары өнімділікті, қарапайым конструкциялы, компактті болып, сенімді жұмыс істеу керек.
Натрий хлориді ерітіндісінің болатты катод және графитті анодпен ваннадағы электролизі улы натр, хлор, сутекті бір электролизерде алуға мүмкіншілік береді. Натрий хлоридінің сулы ерітіндісі арқылы тұрақты токтың өтуі кезінде хлордың және оттегінің бөлінуін күтуге болады:
2OH—2e-→1\2I2+H2O (а)
Немесе
2Cl—2e-→Cl2
OH разрядының қалыпты электродты потенциалы +0,41 B құрайды, ал хлор иондарының разрядының қалыпты қалыпты электродты потенциалы +1,36 B құрайды. Натрий хлоридінің қаныққан бейтарап ерітіндісінде гидроксильді иондардың крнцентрациясы 1•10-7г- экв\л. 250C температурада гидроксильді иондардың тепе теңдік потенциалы jар=0.82 B болады.хлор иондарының разрядталуының тепе теңдік потенциалы NaCl концентрациясының ерітіндідегі 4,6г-экв\л jар=1,32 B болады.
Сәйкесінше, анодта кішкене кернеумен ең алдымен оттегі разрядталуы керек. Алайда, графитті анодтарда оттегінің кернеунің асырылуы хлор кернеуінен жоғары, сондықтан оларда негізінен (а) реакциясы бойынша газ тәрізді хлор бөлінуімен қатар Cl иондарының разрядталуы жүреді. Ерітіндідегі NaCl концентрациясын арттыру нәтижесінде хлор бөлінуі жеңілденеді, осының нәтижесінде тепе теңдік потенциалы кемиді. Бұл электролиз кезінде концентрленген натрий хлоридінің ерітіндісін қолданудың себептерінің бірі болып келеді. Сілтілі ерітіндіде катодта су молекулаларының разрядталуы мына теңдеу бойынша жүреді:
H2O+e-→H+OH-
Сутегі атомдары рекомбинациядан кейін молекулярлық сутегі түрінде түзіледі:
2H→H2
Натрий иондарының сулы ерітіндіде қатты катодта разрядталуы мүмкін емес, өйткені олар разрядтарының потенциалының сутегімен салыстырғандағы жоғары болуына байланысты. Сондықтан ерітіндіде қалған гидроксильді иондары натрий иондарымен сілті ерітіндісін түзеді. NaCl ыдырау процессін келесі реакциялар арқылы көрсетуге болады.
2Cl—2e-→ Cl2
H2O + e-= 2K+IK
2H→H2
Теңдеулерді қоссақ,
2H2O+2ClCl2+H2+2OH-
Немесе
2H2O+2NaCl Cl2 +H2+ 2NaOH
Яғни анодта хлор, катодта сутегі мен улы натр түзіледі.
Негізгі карастырылып кеткен процесстермен қатар электролиз кезінде қажет емес процесстер де жүреді. Осыған қарамастан, анода бөлінетін хлор электролитте ериді және мына реакция бойынша анықталады.
Cl2+H2O↔HOCl+HCl
Сілтінің анодқа диффузиясы жағдайында немесе аноды және катодты өнімдердің араластырылуы кезінде хлорлы және тұзды қышқылдар Натрий хлориді мен гипохлорит түзілуімен қатар сілтімен нейтралданады.
HOC+NaOH=NaOC+H2O HCl+ NaOH=NaCl+H2O
ClO иондары анодта ClO3 ке тотықсызданады. Сондықтан, натрий, хлорат, хлорид, гипохлорит түзіледі. Сілтілі ортада анодта оттегінің түзілуі еркін болады, сонымен ол электролиздің көрсеткішін нашарлатады. Қажет емес реакциялардың өтуін азайту үшін катодты және анодты өнімдердің араласуына кедергі жасайтын жағдайлар құру керек. Оларға анодты және катодты кеңістіктерді диафрагмалармен бөлуі, электролиттің диафрагма арқылы фильтрациясы. Бұл диафрагмаларды фильтрлік деп атайды және олар асбесттен жасалады.
9. өндірісте электролиздің қолданылуы.
Шаруашылықтың барлық салаларында және өндірісте электролиз барлық жақты қолданылады.
Электролиздің тұсті металлургияда қолданылуы: металдардың рафинирлеуі, рудалардан металды бөліп алу үшін. Балқыланған орталардан электролиз арқылы алынған металдар қатарына аллюминий, магний, цирконий, титан, уран, берилий және басқа металдардың қатары.
Сулы ерітінділерден бөлініп ала алмайтын металдарды жоғары теріс потенциал нәтижесінде түсті металлургияда балқыған орталадың электролизі нәтижесінде алады. Бұл балқыған орталар болып әртүрлі қоспалардың қосындысынан тұратын тұздар болады. Олар балқыманың балқу температурасын төмендету, электрөткізгіштікті мақсатында жоғарылату үшін қолданылады. Химиялық өндірісте электролиз арқылы хлорат және перхлорат, персульфат, калий перманганаты, хлор және сілтілер, органикалық қосылыстар, химиялық таза сутегі, оттегі фтор және басқа да маңызды өнімдерді алуға болады.
Машина жасау, радиотехника, полиграфты қндіріс салаларында электролизді металдар немесе бұйымдар бетіне жұқа жабылғы салу үшін қолданады, оның себебі бұл пленка коррозиядан сақтайды және декоротивті түрге келтіреді, ыстыққа төзімді болады. өндірістік ванналардың классификация негізіне әт.рлі белгілер жатқызылуы мүмкін. Мысалы, ванналардың полярлығы бойынша түрлері полярлы, биополярлы және комбинирленген болады.
Анодтардың типтері: шығынды (химиялық реакцияға кірісетін), қатты еритін, сұйық еритін, көпіршікті қатты ерімейтін және ерімейтін.
Ерімейтін анодтар үшін ең жақсы материал болып, тантал мен титан қоспалары, графит, манетит.
Электроит, электрод, электролизерлердің алуан түрлігіне қарамастан, техникалық электролиздің көптеген проблемалары болады. Оған зарядтардың, жылудың, массаның алмастырылуын, электр өрістерінің орналасуын жатқызуға болады. Электродтық процесстер шекті токтарының өлшенуімен қадағалана алады.
Электролиттік реакциялардың мақсаттарына қарай, катод және анодтардың түрлі типтерін қолданады: горизонтальді сұйық сынапты катодпен, верикальды катодпен және фильтрлейтін диафрагмамен, горизонтальды диафрагмамен өткізгішті электролитпен, қозғалыстағы электродтармен және т.б.
Электролиз үшін келесі электролит типтері қолдана алады: тұздар, қышқыл, негіздердің сулы ерітінділері; бейорганикалық еріткіштердегі сулы емес ерітінділері, органикалық еріткіштердегі сусыз ерітінділер; балқыған тұздар, қатты электролиттер.
Қорытынды.
Жасалынған жұмыстың негізінде қорытындылар мынада жатыр:
Біріншіден электролиз процесстерінің зерттеу облыстарында әзірге дейін өзінің актуалдығын жоғалтқан жоқ, осған орай бұл күрделі физико химиялық құбылыстың теориялық базасы үнемі толтырылып жатады.
Екіншіден, бұл зерттеулер бұл процесстерді қолданудың перспективалы бағдарларын анықтауға мүмкіндік береді. Ол экономикалық тиімді және берілген сапаның алуымен мақсатымен.
Электролиз шаруашылықта кең қолданылады. Электролиздің ең маңызды қасиеті металдарды тазарту және бөліп алу, сілтілер, хлор, сутегінің алынуы болып табылады.
Ерітінділер электролизі немесе электролиттердің балқымаларының ерекшелігі химиялық тотығу тотықсыздану реакциямен бәсекелес жүретін электродтарды өту қабілеті болып табылады. Электролиз өнімдері мен электрод материалдарына әсерін тигізеді.
Қола, никель, қорғасынның тазартылуын толығымен электрохимиялық әдіспен ғана алады. Фтор өндірісі калий фторид қоспасының балқыған электролизінде және фторсутекті қышқылда электролизі негізінде, ал хлор, хлоридтер балқымасы немесе сулы ерітінділер электролизі кезінде алынады.
Аллюминий, магний, натрий, кадмий, кальций, берилий, титан тек балқымалардың электролизі арқылы алынады. өйткені олардың сулы ерітіндіден бөліну потенциалы сутектікіне қарағанда теріс болады. Жоғары дәрежелі таза оттегі мен сутегін сілтілердің сулы ерітінділері электролизі арқылы алады. Сол арқылы электролиз көмегімен тотығу тотықсыздану реакцияларының үлкен өнімділігімен жоғары селективті жүргізуге болады, олар қарапайым химиялық процестерде күрделі жолмен алынады. Электролиз қолданудың маңызды саласы болып металдарды коррозиядан сақтау болып келеді: осындай электрохимиялық әдіспен бір металл бұйымының бетіне коррозияға төзімді басқа металл қабаты жабылады. Сулы электролит ерітінділері электролизі кезінде анодтағы және катодтағы тотығу тотықсыздану процесстері катиондардың тотығу қабілеті мен электролит анионының сипатына тәуелді болады.
Катодтағы және анодтағы тотығу тотықсыздану процесстері электролиттік процестерге бөлшектердің электродты потенциал мәнімен анықталады.