Электрохимические процессы
Электрохимические процессы сопровождаются превращением химической энергии в электрическую и электрической в химическую, и в общем случае могут быть отнесены к окислительно-восстановительным.
Электрохимические процессы протекают в веществах, которые называют электролитами. Поток зарядов в электролитическом проводнике обеспечивается перемещением ионов, т.е. в данном случае происходит перенос вещества. В качестве электролитов могут быть как чистые вещества (например, расплавы солей), так и водные растворы кислот, солей и оснований.
Примерами перехода химической энергии в электрическую могут служить гальванические элементы, предназначенные для однократного электрического разряда: непрерывного или прерывистого. После разряда они теряют работоспособность. Разновидностью гальванических элементов являются аккумуляторные батареи, например свинцовый аккумулятор. В отличие от гальванических элементов, работоспособность аккумулятора после разряда можно восстановить путем пропускания через него постоянного тока от внешнего источника.
Пропускание постоянного электрического тока через электролит, приводящее к протеканию химических реакций, которые в обычных условиях самопроизвольно не идут, называется электролизом. Согласно ионной теории электролиза, прохождение постоянного электрического тока через электролит осуществляется с помощью ионов.
На электродах, подводящих электроток, происходит перенос электронов к ионам либо от них. При этом в электрическом поле положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательно заряженные – анионы, движутся к аноду. На катоде происходит восстановление, на аноде – окисление ионов или молекул, входящих в состав электрона.
Электролиз нашел широкое промышленное применение: извлечение и очистка металлов, нанесение гальванических покрытий, анодирование и получение многих веществ.
Электролизом получают алюминий, цинк, частично медь и другие металлы. Медь, цинк и другие металлы можно очистить с помощью электролиза. Такой процесс называется рафинированием.
Нанесение покрытия (электроосаждение) осуществляется на катоде. Катод в этом случае погружается в электролит, содержащий ионы электроосаждаемого металла. В качестве же анода используется электрод из того металла, которым наносят покрытие.
Анодирование или анодное оксидирование – это образование на поверхности металла слоя его оксида при электролизе. Этому процессу обычно подвергают сплавы на основе легких металлов. При этом, на одном и том же металле можно получать фазовые оксиды с разной структурой, а, следовательно, и с различными свойствами (твердость, окраска, электрическая проводимость т.д.).
Каталитические процессы
Основу каталитических процессов составляет катализ – наиболее эффективное и рациональное средство ускорения многих химических реакций.
Катализом называется увеличение скорости химических реакций или их возбуждение при действии веществ-катализаторов, которые участвуют в реакции, вступая в промежуточные химические взаимодействия с реагентами, но затем восстанавливают свой химический состав после окончания акта (действия) катализа.
В качестве катализаторов в промышленности чаще всего применяют платину, железо, никель, кобальт и их оксиды, оксид ванадия (V), алюмосиликаты, некоторые минеральные кислоты и соли. Все каталитические реакции относятся к самопроизвольным процессам. Со временем катализатор изменяется и после определенного срока может полностью необратимо потерять свою активность.
Фотохимические и радиационно-химические процессы будут рассмотрены в разделе прогрессивных процессов промышленного производства.