Электродтағы процестер және олардың қолданылуы. Сулы ортада катодтағы өтетін процестерге мысал келтіріңіз

Су ерітінділерінде, катод электродында жүретін негізгі реакциялардың бірі – сутегінің бөлінуі. Жоғары тоқ тығыздығында , электродтарда барлық уақытта сутегі бөлінеді. Катод реакциясы нәтижесінде, электрод бетіндегі иондар электрон қосып алу арқылы тотықсызданады. Қышқыл және сілтілі ерітінділердегі сутегінің катодта бөлінуі, әртүрлі реакциялар негізінде іске асырылады. Қышқыл ерітінділерде, сутегі – гидроксоний ионы түрінде разрядталады:

2 + 2e → + 2O (1)

Cілтілі ерітінділерде, су молекуласы тікелей электрон қосып алу арқылы сутегі газы және гидроксид иондары түзіледі:

2 + 2e → + 2O (2)

(1) және (2) реакция теңдеулері, катодта бөлініп жатқан сутек процестердің қосындысы түрінде өрнектелген. Сутегінің бөліну процесі, бірінен кейін бірі тізбектеле жүретін бірнеше стациялардан тұрады және әртүрлі жолдармен жүруі мүмкін. Бірінші – стадиясы электрод бетіне сутегі иондарын тасымалдау болса, екінші стадиясы – сутегі иондарының адсорбцияланған сутегі атомдарын түзе отырып разрядталуынан тұрады:

немесе - e → + O (4)

Разрядталу, қай ортада жүрсе де, процестің нәтижесінде – электродта адсорбцияланған сутегі атомы болады. Адсорбцияланған сутегі атомдары үш түрлі жолмен электродтан бөлініп кете алады: каталитикалық рекомбинация, электрохимиялық десорбция және эмиссия. Каталитикалық механизм бойынша, атомдар рекомбинацияға түсіп, сутегі молекуласы түзіліп, ол электрод бетінен десорбциялану өнімі түрінде бөлінеді:

+ → (5)

Бұл жағдайда катализатор ролін электрод атқарады.

Эмиссия механизмі бойынша, адсорбцияланған сутегі атомы буланып, электрод бетінен атом түрінде бөлінеді:

Содан кейін ерітінді көлемінде рекомбинациялану арқылы сутегі молекуласыы түзіледі. Адсорбцияланған сутегі атомына түзілген сутегі молекуласы, электрод-электролит шекарасынан газ фазасына өтеді.

Электролиз әдісімен сутегі және оттегі газын алу үшін, электрод кеңістігін диафрагмамен бөлініп, сілтілік ерітінді қолданылады. Мысалы, натрий және калий гидроксидтерінің ерітінділері. Өндірістік электролизерлерде сутегінің тоқ бойынша шығымы 98% - ке жетеді. Катодта – қосымша реакция түрінде, ерітіндіде еріген оттегінің тотықсыздану реакциясы жүруі мүмкін:

+ 2 + 4e → 4O (9)

Бірақ оттегінің ерітіндіде өте аз еритіндігіне байланысты, ол тоқ бойынша шығымға мардымды әсерін тигізе қоймайды.

Қарапайым катод процесі ретінде – темір (III) иондарының тотықсыздануын қарастыруға болады:

+ e → (10)

бұл реакция қайтымды және өте аз аса кернеулікпен жүреді. Көптеген тотықсыздану реакциялары осыған ұқсас түрде жүреді:

Ал кейбір көп валентті металл иондарының тотықсыздану реакциясы, едәуір жоғары поляризация кезінде жүреді. Мысалы: