Електрохімічне оброблення води. Електроліз

При пропусканні постійного струму через електроліт на електродах протікають хімічні реакції.Цей процес називається електроліз, що означає розкладання (речовини) за допомогою електрики.

У розд. 8.1 було зазначено, що електроліт це така рідина, яка при пропусканні через неї електричного струму піддається хімічній реакції. Електролітом може бути розплавлена ​​сіль, як, наприклад, розплав броміду свинцю(Н), або водний розчин будь-якої кислоти, основи або солі.

Електричний струм підводиться до електроліту за допомогою електродів - дротяних провідників, металевих стрижнів або пластин, які здійснюють електричний контакт з електролітом. Негативно заряджений електрод - це катод, а позитивний електрод -анод. Електроди, які не вступають у хімічні реакції, перебуваючи в контакті з електролітами та при пропусканні через них електричного струму, називаються інертними електродами. До інертних електродів відносяться графіт і платина.

ІОННА ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІЗУ

Згідно з цією теорією, проходження постійного електричного струму через електроліт здійснюється за допомогою іонів. На електродах відбувається перенесення електронів до іонів або від них. Тому процеси, що протікають на електродах, можуть розглядатися як відновлювальні або окислювальні напівреакції. Таким чином, електроліз є окислювально-відновним процесом.

На аноді завжди здійснюється окислювальна напівреакція. У цій реакції аніони втрачають електрони і розряджаються, перетворюючись на нейтральні частки. Тому анод виступає ролі місця стоку електронів з аніонів.

На катоді завжди здійснюється відновна напівреакція. Тут катіони набувають електрони і розряджаються, перетворюючись на нейтральні частки. Тому катод виступає у ролі джерела електронів для катіонів.

Електроліз розплавленого броміду свинцю(Н) складається із двох напівреакцій:

1) на аноді розряджаються бромід-іони. (Рівняння цієї напівреакції має

2Вг-(ж.) = Вг2(г.) + 2е-

Ця напівреакція є окисленням.)

2) на катоді розряджаються іони свинцю. (Рівняння цієї напівреакції:

РЬ2+(тв.) + 2е- = РЬ(ж.)

Ця напівреакція є відновленням.)

Слід зазначити, що реакції, що протікають на аноді та катоді в кожній конкретній системі, визначаються полярністю джерела струму зовнішнього електричного ланцюга. Негативний полюс зовнішнього джерела струму (батареї) постачає електрони одному з електродів електролітичного осередку. Це зумовлює негативний заряд електрода. Він стає катодом. Оскільки цей електрод заряджений негативно, він своє чергу викликає таку електродну реакцію, у якій відбувається споживання електронів. Таким чином, на цьому електроді здійснюється відновлювальний процес. На іншому електроді електрони перетікають з електролітичного осередку назад у зовнішній ланцюг, що робить цей електрод позитивним електродом. Отже, цей електрод грає роль анода. Через його позитивного заряду у ньому протікає реакція, що супроводжується віддачею електронів, т. е. окислення.

Схематичне зображення всього процесу електролізу представлено на рис. 10.6.

Утворення нерозчинної речовини в результаті хімічної реакції - це лише одна з умов одержання колоїдного розчину. Іншою не менш важливою умовою є нерівність вихідних речовин, взятих у реакцію. Наслідком цієї нерівності є обмеження зростання величини частинок колоїдів розчинів, яке призвело б до утворення грубодисперсної системи.

Механізм утворення колоїдної частинки розглянемо на прикладі утворення золю йодистого срібла, який виходить при взаємодії розбавлених розчинів срібла азотнокислого і йодистого калію.

AgNO 3 + KI = AgI + KNO 3

Ag + + NO 3 + K + + I = AgI ↓ + NO 3 + K +

Нерозчинні нейтральні молекули срібла йодистого утворюють ядро ​​колоїдної частинки.

Спочатку ці молекули з'єднуються безладно, утворюючи аморфну, пухку структуру, яка поступово перетворюється на високоупорядковану кристалічну структуру ядра. У цьому прикладі ядро ​​це кристалик йодистого срібла, що складається з великого числа (m) молекул AgI:

m - ядро ​​колоїдної частки

На поверхні ядра відбувається адсорбційний процес. За правилом Пєскова-Фаянса, лежить на поверхні ядер колоїдних частинок адсорбуються іони, які входять до складу ядра частки, тобто. адсорбуються іони срібла (Аg +) або іони йоду (I –). З цих двох видів іонів адсорбуються ті, які перебувають у надлишку.

Так, якщо отримувати колоїдний розчин у надлишку йодистого калію, адсорбуватися на частинках (ядрах) будуть іони йоду, які добудовують кристалічну решітку ядра, природно і міцно входячи в його структуру. При цьому утворюється адсорбційний шар, який надає ядру негативного заряду:

Іони, що адсорбуються на поверхні ядра, надаючи йому відповідного заряду, називаються потенціалутворюючими іонами.

При цьому в розчині знаходяться і протилежно заряджені іони, їх називають протиіонами.У нашому випадку це іони калію (K+), які електростатично притягуються до зарядженого ядра (величина заряду може досягати I ст). Частина протиіонів К+ міцно зв'язується електричними та адсорбційними силами і входить в адсорбційний шар. Ядро з подвійним адсорбційним шаром іонів, що утворився на ньому, називається гранулою.

(m . nI – . (n-x) K + ) x – (структура гранули)

Частина протиіонів (позначимо їх числом "х К + ") утворює дифузний шар іонів.

Ядро з адсорбційним та дифузним шарами називається міцелою :

(m . nI –. (n-x) K + ) x – . х К + (структура міцели)

При пропущенні постійного електричного струму через колоїдний розчин гранули та протиіони рушать до протилежно заряджених електродів відповідно.

Наявність однойменного заряду на поверхні частинок золів є важливою фактор його стійкості.Заряд перешкоджає злипанню та укрупненню частинок. У стійкої дисперсної системи частки утримуються у зваженому стані, тобто. не відбувається випадання осад колоїдного речовини. Ця властивість золів називається кінети ною стійкістю.

Будова міцел золю йодистого срібла, отриманого в надлишку AgNO 3 представлено на рис. 1а, у надлишку KCI - 1б .

Рис.1.5. Будова міцел золю іодистого срібла, отриманого в надлишку:

а) азотнокислого срібла; б) хлориду калію.

Електроліз- окисно-відновний процес, що протікає на електродах при пропусканні постійного електричного струму через розчин або розплав електроліту. У електролізері електрична енергія перетворюється на енергію хімічної реакції.

Катод (–) – негативний електрод, на якому при електролізі відбувається відновлення.

Анод (+) – позитивний електрод, на якому при електролізі відбувається окислення.

На відміну від електролізу, у гальванічному елементі відновлення відбувається на позитивно зарядженому катоді, а окиснення – на негативно зарядженому аноді.

При електролізі можуть бути використані інертні (нерозчинні) та активні (витратні) аноди. Активний анод, окислюючись, посилає в розчин власні іони. Інертний анод лише передавач електронів та хімічно не змінюється. Як інертні електроди зазвичай використовують графіт, платину, іридій.

При електролізі розплавів і розчинів електролітів, що утворилися при їх дисоціації (під впливом температури або води) іони – катіони (Kt n +) та аніони (An m –) рухаються відповідно до катода (–) та анода (+). Потім на електродах відбувається передача електронів від катода до катіона, а аніони віддають електрони аноду.

Кількісно електроліз описується двома законами Фарадея.

I закон Фарадея: маса речовини, що виділяється при електролізі, пропорційна кількості електрики, що пройшла через електролізер:

m = k∙ I∙τ = k∙Q ,

де I- сила струму; τ - Час перебігу струму; Q = I∙τ– кількість електрики; k- Коефіцієнт пропорційності, значення якого залежить від обраної системи одиниць (якщо Q = 1 Кл, то m = k).

Маса речовини, що виділилася при проходженні 1 Кл електрики, називаєтьсяелектрохімічний еквівалент.

II закон Фарадея: при однакових кількостях електрики, пропущеної через електроліт, кількість грам-еквівалентів продуктів електролізу однакова.

Для виділення на електроді одного еквівалента будь-якої речовини необхідно витратити одну і ту ж кількість електрики, що дорівнює постійної Фарадея F = 96485 Кл/моль. Дійсно, один еквівалент речовини містить N A = 6,02322∙10 23 частинок і щоб відновити таку кількість однозарядних іонів на катоді, необхідно витратити кількість електрики:

F = N A∙ ē = 6,02322∙10 23 частинок/моль ∙ 1,6021∙10 –19 Кл = 96485 Кл/моль,

де заряд електрона ē = 1,6021∙10 –19 Кл.

Узагальнюючи обидва закони Фарадея, можна записати.

Електроактивовані розчини води - католіти та аноліти можна використовувати в сільському господарстві, для підвищення врожайності рослин, у тваринництві, медицині, для знезараження води та в побутових цілях. Електрохімічна обробка води включає кілька електрохімічних процесів, пов'язаних із перенесенням у постійному електричному полі електронів, іонів та інших частинок (електроліз, електрофорез, електрофлотація, електрокоагуляція), основним з яких є електроліз води. Ця стаття знайомить читача з основними процесами, що лежать в основі електролізу води.

Вступ

Явище електрохімічної активації води (ЕХАВ) - сукупність електрохімічного та електрофізичного впливу на воду в подвійному електричному шарі (ДЕС) електродів (анода і катода) при нерівноважному перенесенні заряду через ДЕС електронами та в умовах інтенсивного диспергування в рідині утворюються газоподібних продуктів електрохімічних реакцій. У процесі ЕХАВ відбуваються чотири основні процеси:

- електролітичне розкладання води (електроліз) за рахунок окиснювально-відновних реакцій на електродах, обумовлених зовнішнім постійним електричним полем;

- електрофорез - рух в електричному полі позитивно заряджених частинок та іонів до катода, а негативно заряджених частинок та іонів до анода;

- електрофлотація - утворення газових флоккул і агрегатів, що складаються з дрібнодисперсних бульбашок газу (водню на катоді та кисню на аноді) та грубодисперсних домішок води;

— електрокоагуляція — утворення колоїдних агрегатів частинок дисперсної фази, що осаджується, за рахунок процесу анодного розчинення металу та утворення катіонів металів Al 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ під впливом постійного електричного поля.

В результаті обробки води постійним електричним струмом, при потенціалах рівних або перевищують потенціал розкладання води (1,25 В), вода переходить у метастабільний стан, що характеризується аномальними значеннями активності електронів та інших фізико-хімічних параметрів (рН, E h , ОВП, електропровідність). Проходження постійного електричного струму через об'єм води супроводжується електрохімічними процесами, в результаті яких відбуваються окислювально-відновні реакції, що призводять до деструкції (руйнування) водних забруднень, коагуляції колоїдів, флокуляції грубодисперсних домішок та їх подальшої флотації.

Явище електрохімічної активації води - це сукупність електрохімічної та електрофізичної дії на воду в подвійному електричному шарі електродів при нерівноважному перенесенні заряду.

Електрохімічна обробка застосовується для освітлення та знебарвлення природних вод, їх пом'якшення, очищення від важких металів (Cu, Co, Cd, Pb, Hg), хлору, фтору та їх похідних, для очищення стічних вод, що містять нафтопродукти, органічні та хлорорганічні сполуки, барвники , СПАВ, фенол. Достоїнствами електрохімічної очистки води є те, що вона дозволяє коригувати значення водневого показника рН і окислювально-відновного потенціалу Е h від якого залежить можливість протікання різних хімічних процесів у воді; підвищує ферментну активність активного мулу в аеротенках; зменшує питомий опір та покращує умови коагуляції та седиментації органічних опадів.

У 1985 році ЕХАВ була офіційно визнана як новий клас фізико-хімічних явищ. Дорученням уряду РФ від 15.01.98 No ВЧ-П1201044 надано рекомендації міністерствам і відомствам використовувати цю технологію в медицині, сільському господарстві, промисловості.

Електроліз води

Основною стадією електрохімічної обробки води є електроліз води. При пропущенні постійного електричного струму через воду, надходження у воду електронів у катода, як і видалення електронів з води в анода, супроводжується серією окислювально-відновних реакцій лежить на поверхні катода і анода. Через війну утворюються нові речовини, змінюється система міжмолекулярних взаємодій, склад води, зокрема структура води . Типова установка електрохімічної обробки води складається з блоку підготовки води 1, електролізера 2, блоку обробки води після електрохімічного очищення 3 (рис. 1).

У деяких установках електрохімічної обробки води передбачається попереднє механічне очищення води, що зменшує небезпеку засмічення електролітичного осередку грубодисперсними домішками з великим гідравлічним опором. Блок для механічної очистки води необхідний, якщо в результаті електрохімічної обробки вода насичується грубодисперсними домішками, наприклад, пластівцями гідрооксидів металів (Al(OH) 3 , Fe(OH) 3 , Mg(OH) 2) після електрокоагуляції. Основним елементом установки є електролізер, що складається з одного або декількох електролізних осередків (рис. 2).

Електролізний осередок утворений двома електродами - позитивно зарядженим анодом і негативно зарядженим катодом, приєднаними до різних полюсів джерела постійного струму. Межлектродний простір заповнений водою, що є електролітом, здатним проводити електричний струм. Внаслідок роботи приладу відбувається перенесення електричних зарядів через шар води — електрофорез, тобто міграція полярних частинок, носіїв зарядів — іонів, до електродів, які мають протилежний знак.

При пропущенні постійного електричного струму через воду, надходження у воду електронів у катода, як і видалення електронів з води в анода, супроводжується серією окислювально-відновних реакцій лежить на поверхні катода і анода.

При цьому до анода переміщуються негативно заряджені аніони, а до катода позитивно заряджені катіони. У електродів заряджені іони втрачають заряд, деполяризуються, перетворюючись на продукти розпаду. Крім заряджених іонів в електрофорезі беруть участь полярні частинки різної дисперсності, включаючи і грубодисперсні (емульговані частинки, бульбашки газів та ін), але головну роль у перенесенні електрохімічних зарядів грають заряджені іони, що мають найбільшу рухливість. До полярних частинок відносяться полярні частинки з-поміж водних домішок і молекули води, що пояснюється їх особливою структурою.

Центральний атом кисню, що входить до складу молекули води, має більшу електронегативність, ніж атоми водню, відтягує на себе електрони, надаючи молекулі асиметричність. В результаті відбувається перерозподіл електронної густини: молекула води поляризується, приймаючи властивості електричного диполя, що має дипольний момент 1,85 Д (Дебаї), з позитивним та негативним зарядами на полюсах (рис. 3).

Продуктами електродних реакцій є знешкоджені водні домішки, газоподібні водень та кисень, що утворюються при електролітичному руйнуванні молекул води, катіони металів (Al 3+ , Fe 2+ , Fe 3+) у разі застосування металевих анодів з алюмінію та сталі, молекулярний хлор та ін. При цьому на катоді генерується газоподібний водень, а на аноді – кисень. У складі води міститься деяка кількість іону гідроксонію Н 3 Про + деполяризується на поверхні катода з утворенням атомарного водню Н:

Н 3 О + + е - → Н + Н 2 О.

У лужному середовищі Н 3 Про + відсутня, але відбувається руйнування молекул води, що супроводжується утворенням атомарного водню Н-і гідроксидіону ВІН - :

Н 2 О + е - → Н + ВІН - .

Реакційно-здатні атоми водню адсорбуються на поверхнях катодів і після рекомбінації утворюють молекулярний водень Н 2 , що виділяється з води в газоподібному вигляді:

Н + Н → Н 2 .

Одночасно у анодів відбувається виділення атомарного кисню. У кислому середовищі цей процес супроводжується руйнуванням молекул води:

2Н 2 Про - 4е - → O 2 +4Н + .

У лужному середовищі джерелом утворення кисню завжди служать гідроксид-іони ОН - , що переміщуються під дією електрофорезу на електродах, від катода до анода:

4 ВІН - → О 2 + 2 Н 2 О + 4 е - .

Нормальні окислювально-відновні потенціали цих реакцій: +1,23 і +0,403, відповідно, але процес протікає в умовах деякого

перенапруги. Електролізний осередок можна розглядати як генератор вищезгаданих продуктів, деякі з яких, вступаючи в хімічну взаємодію між собою і з водними забрудненнями в міжелектродному просторі, забезпечують додаткове хімічне очищення води (електрофлотація, електрокоагуляція). Ці вторинні процеси відбуваються не так на поверхні електродів, а обсязі води. Тому на відміну електродних процесів вони позначаються об'ємними. Вони ініціюються підвищенням температури води в процесі електролізу та збільшенням значення рН при катодному руйнуванні молекул води.

Розрізняють катодне та анодне окислення. При катодному окисленні молекули органічних речовин, сорбуючись на катодах, акцептують вільні електрони, відновлюються, трансформуючись у сполуки, які не є забрудненнями. В одних випадках процес відновлення відбувається в один етап:

R + H + + е - → RH де R - органічне з'єднання; RH - гідратована форма сполуки, яка не є забрудненням.

В інших випадках катодне відновлення проходить у два етапи: на першому етапі (I) органічна молекула перетворюється на аніон, на другому (II) - аніон гідратується, взаємодіючи з протоном води:

R + е - → R - , (I) R - + H + → RH. (II)

Розрізняють катодне та анодне окислення. При катодному окисненні молекули органічних речовин, сорбуючись на катодах, акцептують вільні електрони, що відновлюються.

Катоди з матеріалів, що вимагають високої перенапруги (свинець, кадмій), дозволяють при великій витраті електроенергії руйнувати органічні молекули та генерувати реакційно-здатні вільні радикали - частинки, що мають на зовнішніх орбітах атомів або молекул вільні неспарені електрони (Cl*, O*, ОН* , АЛЕ*2 та ін.). Остання обставина надає вільним радикалам властивість реакційно-здатності, тобто здатності вступати в хімічні реакції з водними домішками та руйнувати їх.

RH → R + H + + е-.

Анодне окислення органічних сполук часто призводить до утворення вільних радикалів, подальші перетворення яких визначаються їхньою реакційною здатністю. Процеси анодного окислення багатостадійні і протікають із заснуванням проміжних продуктів. Анодне окислення знижує хімічну стійкість органічних сполук і полегшує їх подальшу деструкцію в ході об'ємних процесів.

В об'ємних окисних процесах особливу роль відіграють продукти електролізу води - кисень (O 2), перекис водню (Н 2 Про 2) і кисневмісні сполуки хлору (HClO). У процесі електролізу утворюється надзвичайно реакційно-здатна сполука — Н 2 Про 2 , формування молекул якої відбувається за рахунок гідроксил-радикалів (ОН*), які є продуктами розрядки на аноді гідроксил-іонів (OH—):

2OH - → 2OH* → Н 2 О 2 + 2е - , де ВІН * - гідроксил-радикал.

Реакції взаємодії органічних речовин з окислювачами протікають протягом певного проміжку часу, тривалість якого залежить від величини окислювально-відновного потенціалу елемента та концентрації речовин, що реагують. У міру очищення та зниження концентрації забруднюючої речовини процес окиснення зменшується.

Швидкість процесу окислення при електрохімічній обробці залежить від температури води, що обробляється, і від рН. У процесі окислення органічних сполук утворюються проміжні продукти, що відрізняються від вихідного як стійкістю до подальших перетворень, так і показниками токсичності.

Джерелом отримання активного хлору та його кисневмісних сполук, що генеруються в електролізері, є хлориди, що знаходяться в оброблюваній воді, і хлористий натрій (NaCl), який вводиться в оброблювану воду перед електролізом. В результаті анодного окислення аніонів Cl-генерується газоподібний хлор Cl2. Залежно від рН води він або гідролізується з утворенням хлорноватої кислоти HOCl, або утворює гіпохлорит-іони ClO-. Рівновага реакції залежить від значення рН.

При рН = 4-5 весь хлор знаходиться у формі хлорнуватистої кислоти (HClO), а при рн = 7 половина хлору у формі гіпохлорит-іону (OCl -) і половина - у вигляді хлорнуватистої кислоти (HClO) (рис. 4). Механізм взаємодії гіпохлорит-іону (ClO-) з окислюваною речовиною описується наступним рівнянням:

ClO - + A = C + Cl, де А - окислювана речовина; С – продукт окислення.

Електрохімічне окислення органічних сполук гіпохлорітіоном (ClO-) супроводжується збільшенням окисно-відновного потенціалу Eh, що вказує на переважання окислювальних процесів. Зростання Eh залежить від відношення концентрації активного хлору у міжелектродному просторі до вмісту органічних домішок у воді. У міру очищення та зменшення кількості забруднень це співвідношення зростає, що призводить до збільшення Eh, але потім цей показник стабілізується.

Кількість речовини, що прореагувала на електродах при пропусканні постійного електричного струму за законом Фарадея, прямо пропорційна силі струму та часу обробки:

G = AI cur τ, (1)

де А - електрохімічний еквівалент елемента, г/(А⋅год); I cur - сила струму, А; τ - час обробки, ч. Електрохімічний еквівалент елемента визначається за формулою:

A = M / 26,8z , (2)

де М - атомна маса елемента, г; z – його валентність. Значення електрохімічних еквівалентів деяких елементів наведено у табл. 1.

Фактична кількість речовини, що генерується при електролізі, менша від теоретичної, розрахованої за формулою (1), оскільки частина електроенергії витрачається на нагрівання води та електродів. Тому при розрахунках враховується коефіцієнт використання струму η< 1, величина которого определяется экспериментально.

При електродних процесах відбувається обмін заряджених частинками та іонами між електродом та електролітом - водою. Для цього в рівноважних умовах необхідно створити електричний потенціал, мінімальна величина якого залежить від виду окислювально-відновної реакції і від температури води при 25 °C (табл. 2).

До основних параметрів електролізу води відносяться сила і щільність струму, напруга в межах електродного осередку, а також швидкість і тривалість перебування води між електродами.

Напруги, що генеруються в електродному осередку, повинні бути достатніми для виникнення окисно-відновних реакцій на електродах. Значення напруги залежить від іонного складу води, наявності у воді домішок, наприклад СПАВ, щільності струму (його сила віднесена до одиниці площі електрода), матеріалу електродів та ін. відновлювальних реакцій на електродах, необхідна напруга була мінімальною, оскільки це дозволяє знизити витрати електричної енергії.

Деякі окислювально-відновні реакції є конкуруючими - протікають одночасно і взаємно гальмують один одного. Їх протікання можна регулювати за рахунок зміни напруги в електролітичному осередку. Так, нормальний потенціал реакції утворення молекулярного кисню становить +0,401 або +1,23 В; при збільшенні напруги до +1,36 (нормальний потенціал реакції утворення молекулярного хлору) на аноді виділятиметься тільки кисень, а при подальшому збільшенні потенціалу - одночасно і кисень, і хлор, причому виділення хлору відбуватиметься з недостатньою інтенсивністю. При напрузі близько 4-5 виділення кисню практично припиниться, і електролітичний осередок буде генерувати тільки хлор.

Розрахунок основних параметрів процесу електролізу води

До основних параметрів електролізу води відносяться сила і щільність струму, напруга в межах електродного осередку, а також швидкість і тривалість перебування води в міжелектродному просторі.

Сила струму I cur — величина, яка визначається залежно від необхідної продуктивності за продуктом, що генерується [А], визначається за формулою:

I cur = G/A tη , (3)

Ця формула одержана шляхом перетворення формули (1) з урахуванням коефіцієнта використання струму η. Щільність струму це його сила, віднесена до одиниці площі електрода [А/м 2 ], наприклад, анода, визначається з наступного виразу:

i ан = I cur / F ан, (4)

де F ан - площа анода, м 2 . Щільність струму надає визначальний вплив на процес електролізу: тобто зі збільшенням щільності струму інтенсифікуються електродні процеси і зменшується площа поверхні електродів, але одночасно зростають напругу в електролізному осередку і, як наслідок, всю енергоємність процесу . Підвищене збільшення щільності струму інтенсифікує виділення електролізних газів, що призводить до вирування та диспергування нерозчинних продуктів електрообробки води.

При збільшенні щільності струму також посилюється пасивація електродів, що полягає в блокуванні електронів, що надходять, поверхневими відкладеннями анода і катода, що збільшує електричні опори в електродних осередках і гальмує окислювально-відновні реакції, що протікають на електродах.

Аноди пасивуються внаслідок утворення на їх поверхнях тонких оксидних плівок, внаслідок сорбції на анодах кисню та інших компонентів, які, у свою чергу, сорбують частинки водних домішок. На катодах утворюються в основному карбонатні відкладення, особливо у разі обробки води з підвищеною жорсткістю. З цих причин щільність струму при електролізі води повинна призначатися мінімальною за умовами стійкого перебігу необхідних окислювально-відновних реакцій у ході технологічного процесу.

Тривалість перебування води в міжелектродному просторі електролізера обмежується часом, необхідним для створення необхідної кількості продуктів електролізу.

Напруга в електродному осередку [В] визначається за формулою:

V я = i ан ΔK г / χ R , (5)

де i ан - щільність струму, А/м 2; D - відстань між електродами (ширина міжелектродного каналу), м; χ R — питома електропровідність води, 1/(Ом⋅м); К г - коефіцієнт газонаповнення міжелектродного простору, зазвичай приймається К г = 1,05-1,2.

Формула (5) не враховує електричних опорів електрода у зв'язку зі своїми низькими значеннями, але при пасивації ці опори виявляються значними. Ширина міжелектродного каналу приймається мінімальною (3-20 мм) за умов незасмічення домішками.

Питома електропровідність води R залежить від ряду факторів, серед яких найбільш істотні температура, рН, іонний склад і концентрація іонів (рис. 5). Зі збільшенням температури електропровідність χ R збільшується, а напруга зменшується (рис. 6). Мінімальне значення електропровідності відповідає значенню рН = 7. Крім цього, у процесі електролізу відбувається підвищення температури та рН води. Якщо рН > 7, очікується зменшення питомої електропровідності води χ R , а при значеннях рН< 7 удельная электропроводность воды χ R , наоборот, возрастает (рис. 5).

Питома електропровідність природних вод середньої мінералізації становить 0,001-0,005 1/(Ом⋅м), міських стічних вод 10-0,01 1/(Ом⋅м). При електролізі питома електропровідність має бути в межах 0,1-1,0 1/ (Ом⋅м) . Якщо вихідна вода має недостатню електропровідність, слід збільшити солевміст (рис. 7). Зазвичай при цьому використовують хлористий натрій (NaCl), дози якого визначаються експериментально і найчастіше становлять 500-1500 мг/л (8-25 мг-экв/л) . Хлористий натрій не тільки зручний за умовами застосування та безпеки (зберігання, приготування розчину тощо), але в присутності NaCl уповільнюється пасивація електродів. Дисоціюючи у воді, NaCl насичує воду аніонами хлору Cl - та катіонами натрію Na + . Іони хлору Cl - мають невеликі розміри та проникаючи через пасивуючі відкладення до поверхні анода руйнують ці відкладення. У присутності інших аніонів, особливо сульфат іонів (SO 2- 4), депасивний вплив іонів хлору (Cl -) зменшується. Стійка робота електролізера можлива у разі, якщо іони - Cl - становлять не менше 30% від загальної кількості аніонів. Катіони натрію Na + в результаті електрофорезу переміщуються до катодів, на яких генеруються гідроксид-іони ВІН - і взаємодіючи з останніми, утворюють гідроксид натрію (NaОН), розчиняє карбонатні відкладення на катодах.

Потужність [Вт] електролізера визначається за наступною залежністю:

N потр = η е I cur V е, (6)

де η е - Коефіцієнт корисної дії електролізера, зазвичай приймається ηе = 0,7-0,8; I cur – сила струму, A; V е - напруга на електролізері, Ст.

Тривалість перебування води в міжелектродному просторі електролізера обмежується часом, необхідним для генерації потрібної кількості продуктів електролізу, а також тривалістю відповідних об'ємних реакцій і визначається експериментально.

Швидкість руху води в міжелектродному просторі визначається з урахуванням умов виносу з електролізера продуктів електролізу та інших домішок; крім того, від швидкості руху води залежить турбулентне перемішування, що впливає перебіг об'ємних реакцій. Як і тривалість перебування води, швидкість води вибирається виходячи з експериментальних даних.

Далі буде.

1. Бахір В.М., Ліакумович А.Г., Цегляних П.А., Спектор Л.Є., Мамаджанов У.Д. Фізична природа явищ активації речовин // Ізв. АН УзРСР. Сер. техн. наук., No1/1983.

2. Кульський Л.А. Очищення води електрокоагуляцією/Л.А. Кульський, П.П. Строкач, В.А. Сліпченко та ін. - Київ: Будiвельник, 1978.

3. Липовецький Я.М. Електрохімічні способи очищення питних та стічних вод / Я.М. Липовецький, Я.Д. Раппопорт - М.: ЦБНТІ Мінжитлово-комунального господарства РРФСР, 1985.

4. Цегляних П.А., Бахір В.М., Гамер П.У., Добреньков Г.А., Ліакумович А.Г., Фрідман Б.С., Агаджанян С.І. Про природу електрохімічної активації середовищ // Доп. АН СРСР, No3/1986, Т. 286.

5. Бахір В.М., Задорожній Ю.Г. Електрохімічні реактори РПЕ. - М.: "Гіперокс", 1991.

6. Яковлєв С.В. Технологія електрохімічного очищення води/С.В. Яковлєв, І.Г. Краснобородько, В.М. Рогів. - Л.: Л.О. Будвидав, 1987.

7. Бахір В.М. Сучасні технічні електрохімічні системи для знезараження, очищення та активування води. - М.: ВНДІІМТ, 1999.

8. Бахір В.М., Задорожній Ю.Г., Леонов Б.І., Панічева С.А., Прилуцький В.І. Електрохімічна активація: очищення води та отримання корисних розчинів. - М.: ВНДІІМТ, 2001.

9. Кульський Л.А. Довідник з властивостей, методів аналізу та очищення води. Ч. 1/Л.А. Кульський, І.Т. Гороновський, А.М. Когановський та ін. - Київ: Наукова думка, 1980.

10. Медріш Г.Л. Знезараження природних та стічних вод з використанням електролізу / Г.Л. Медріш, А.А. Тайшева, Д.Л. Басин. - М.: Будвидав, 1982.

11. Воловник Г.І. Теоретичні основи очищення води/Г.І. Воловник, Л.Д. Терьохів. Ч. 1. - Хабаровськ: Вид-во ДВГУПС, 2000.

12. Бахір В.М. Електрохімічна активація. Ч. 2. - М.: ВНДІІ мед. техніки, 1992.

13. Бабцова Н.Ф., Комаров І.Ф. Досвід використання установки СТЕЛ у хірургічному відділенні / II Між. симп. «Електр. активація», Ч. 1. - М., 1999.

14. Леонов Б.І., Прилуцький В.І., Бахір В.М. Фізикохімічні аспекти біологічного впливу електрохімічно активованої води. - М.: ВНДІІМТ, 1999.

15. Бахір В.М. Теоретичні аспекти електрохімічної активації/II Між. симп. «Електр. активація». Ч. 1. - М., 1999.

16. Торопков В.В., Альтшуль Е.Б., Торопкова Є.В. Токсикологічна характеристика препарату католіт/ІІІ Між. симп. «Електр. активація». - М., 2001.

17. Леонов Б.І., Бахір В.М., Вторенко В.І. Електрохімічна активація у практичній медицині / II Між. симп. "Електрохімічна активація", Ч. 1. - М., 1999.

18. Торопков В.В. Альтшуль Е.Б., Пересипкін О.І. Фармакологічна ефективність дії анолітів АН та АНК на слизові оболонки ротової порожнини/II Між. симп. «Електр. активація »// Тез., Докл. та повідомл. Ч. 1. - М., 1999.

19. Прилуцький В.І., Бахір В.М. Електрохімічно активована вода: аномальні властивості, механізм біологічної дії. - М.: ВНДІІМТ, 1997.

20. Панічева С.А. Нові технології дезінфекції та стерилізації складних виробів медичного призначення. - М.: ВНДІІМТ, 1998.

1. Що спостерігалося у досвіді Ерстеда?
а) Взаємодія двох паралельних провідників із струмом.
б) Взаємодія двох магнітних стрілок.
в) Повертання магнітної стрілки поблизу провідника при пропусканні через нього струму.
г) Виникнення електричного струму в котушці при поміщенні до неї магніту.

2. Як взаємодіють між собою два паралельні провідники, якщо по них протікають струми в одному напрямку?
а) Притягуються. б) Відштовхуються. в) Сила взаємодії дорівнює нулю. г) Правильна відповідь не наведена.

3. При пропусканні постійного струму через провідник навколо нього виникає магнітне поле. Воно виявляється за розташуванням сталевої тирси на аркуші паперу або повороту магнітної стрілки, що знаходяться поблизу провідника. Яким чином це магнітне поле можна перемістити в просторі?
а) Перенесенням сталевої тирси. б) Перенесення магніту. в) Перенесення провідника зі струмом. г) Магнітне поле перемістити неможливо.

4. Як розташуються магнітні стрілки, поміщені в точки А і В усередині котушки при розмиканні ключа К?
а) Однаково- північним полюсом праворуч малюнку.
б) Однаково-північним полюсом вліво по рисунку.
в) Стрілки північними полюсами звернені одне до одного.
г) Стрілки південними полюсами звернені одне до одного.

5. Чому пристрій двигунів змінного струму простіше, ніж постійного? Чому на транспорті використовують двигуни постійного струму?

6. Визначити полюси електромагніту.

7. Зобразити магнітне поле струмів та визначити напрямок силових ліній магнітного поля.

8. Визначити напрямок сили, що діє на провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле.

9. У вас є три предмети – «прилади»: дерев'яний брусок, два сталеві цвяхи, що не притягуються один до одного, і постійний магніт.
У трьох «чорних ящиках» знаходяться відповідно: магніт, два цвяхи та дерев'яний брусок. Якими приладами та в якій послідовності краще скористатися, щоб з'ясувати, що лежить у кожній із ящиків?

10. Електродвигун постійного струму споживає від джерела з напругою 24 В струм силою 2 А. Яка механічна потужність двигуна, якщо опір його обмотки дорівнює 3 Ом? Який його К.П.Д.?

Визначте напрямок струму у провіднику, перетин якого та магнітне поле показані на малюнку 1.

3. Який напрямок має струм у провіднику, напрямок силових ліній магнітного поля якого вказаний стрілками (рис. 3)?

5. У напрямку магнітних силових ліній, зображених на малюнку 5, визначте напрямок кругового струму в кільці.

Електромагнітні хвилі виникають: А. Під час руху електричних зарядів із постійною швидкістю. Б. При прискореному русі електричних

В. Навколо нерухомих зарядів.

Г. Навколо нерухомого провідника, яким проходить постійний електричний струм.

Д. Навколо нерухомої зарядженої металевої пластини

1. Електричним струмом називається... A). рух електронів. б). упорядкований рух заряджених частинок. B). упорядкований рух електронів. 2.

Щоб створити електричний струм у провіднику, треба... A). створити у ньому електричне поле. б). створити у ньому електричні заряди. B). розділити у ньому електричні заряди. 3. Які частинки створюють електричний струм у металах? A). Вільні електрони. б). Позитивні іони. B). Негативні іони. ^ 4. Яка дія струму використовується у гальванометрах? А. Теплове. Б. Хімічна. В. Магнітне. 5. Сила струму в ланцюзі електричної плитки дорівнює 1,4 А. Який електричний заряд проходить через поперечний переріз її спіралі за 20 хв? A). 3200 Кл. б). 1680 Кл. B). 500 Кл. ^ 6. На якій схемі (рис. 1) амперметр включений у ланцюг правильно? а). 1. Б). 2. В). 3. 7. При проходженні по провіднику електричного заряду, що дорівнює 6 Кл, здійснюється робота 660 Дж. Чому дорівнює напруга на кінцях цього провідника? а). 110 Ст Б). 220 Ст В). 330В. 8. На якій схемі (рис. 2) вольтметр включений у ланцюг правильно? а). 1. Б). 2. 9. Два мотки мідного дроту однакового перерізу мають відповідно довжину 50 і 150 м. Який з них має великий опір і у скільки разів? а). Перший утричі. б). Другий утричі. 10. Яка сила струму, що проходить по нікеліновому дроту довжиною 25 см і перетином 0,1 мм2, якщо напруга на її кінцях дорівнює 6 В? а). 2 А. Б). 10 А. В). 6 А

1. У яких одиницях вимірюється сила електричного струму? А. Ом; Б. Дж; Ст Вт; Г. А.

2. Які дії завжди виявляються під час проходження електричного струму через будь-які середовища?

А. Теплові; Б.Магнітні; У. Хімічні; р.Світлові.

4. Визначте під якою напругою знаходиться лампочка, якщо при переміщенні заряду 10 Кл виконується робота 2200 Дж.

5. Визначте опір ділянки АВ у ланцюгу, зображеному на малюнку.

6. Обчисліть опір ніхромового дроту, довжина якого 150 м, а площа поперечного перерізу 0,2 мм2.

7. По мідному провіднику з поперечним перерізом 3,5 мм2 та довжиною 14,2 м йде струм силою 2,25 А. Визначте напругу на кінцях цього провідника.

8. Скільки електронів проходить через поперечний переріз провідника за 35 с при силі струму в ньому 16 А?

9. Визначте масу залізного дроту площею поперечного перерізу 2 мм2 взятою для виготовлення резистора опором 6 Ом.