При взаємодії металів з розчинами лугів метал також є відновником, вода - окислювачем, луг створює середовище.
Стандартний потенціал відновлення водню (з молекули води) в лужному середовищі становить -0,83 В. Відповідно до цього теоретично реагувати з розчинами лугів можуть всі метали, потенціали яких менше -0,83 В. Однак у дійсності в лужних середовищах окислюються тільки метали , оксиди і гідроксиди яких є амфотерними - алюміній, цинк, олово, хром, свинець і ін. Метали, що утворюють нерозчинні гідроксиди основного характеру, у водних розчинах лугів, що не окислюється.
Приклад Взаємодія Al з водним розчином лугу
Стандартний потенціал алюмінію в лужному середовищі нижче потенціалу водню:
Реакція теоретично можлива, і вона здійснюється на практиці, так як гідроксид алюмінію амфотерен і розчиняється в лугах з утворенням розчинних алюмінатів МеAlO2 або [Al (OH) 4] -.
Електроліз - це сукупність окисно-відновних процесів, що відбуваються при проходженні електричного струму через електрохімічну систему, що складається з двох електродів і електроліту.
Електрохімія відкрила принципово нові і надзвичайно перспективні методи отримання багатьох речовин. Електролізом розплавів отримують лужні і лужноземельні метали, алюміній, берилій, магній.
У зв'язку зі зростаючою потребою в жаростійких і надміцних матеріалах важливого значення набуває отримання порошків чистих тугоплавких металів (вольфраму, молібдену, титану, цирконію, ванадію, танталу, ніобію і ін.) Електролізом розплаву відповідних речовин.
Сучасна техніка пред'являє великі вимоги до чистоти матеріалів, зокрема металів. У кольоровій металургії для очищення металів від домішок застосовують електроліз з розчинною анодом. Електролітичному рафінування піддають залізо, мідь, срібло, золото, свинець, олово, нікель і інші метали.
Найважливіша область прикладної електрохімії - гальванотехніка. Цією назвою об'єднуються два напрямки: гальваностегія - отримання гальванічних покриттів на металах і гальванопластика - електрохімічне одержання точних металевих копій з рельєфних поверхонь (Якобі). Гальванопластика знаходить застосування для нанесення металевих малюнків на напівпровідники і непровідні (наприклад, у виробництві друкованих радіосхем для мініатюрних радіоприймачів).
Гальванічні покриття наносять для захисту металів від корозії, а також в декоративних і спеціальних цілях (збільшення відбивної здатності волноводов і рефлекторів, зменшення опору електричних контактів). Покриття здійснюють електролізом розчинів як з розчинною анодом (нікелювання, кадміювання, цинкування, лудіння, сріблення), так і з нерозчинним (хромування, золочення). Покривається виріб завжди є катодом.
Катодом називають електрод, на якому відбувається відновлення, він заряджений негативно. Електрод, на якому відбувається окислювання, називається анодом, він заряджений позитивно.
При електролізі водних розчинів протікають процеси, пов'язані з електролізом води, тобто розчинника.
На катоді можливо відновлення:
- катіонів металу Ме n + + n # 275; = Me;
- катіона водню (вільного або в складі молекул води).
2H + + 2 # 275; = H 2 - (в кислому середовищі);
2H2 O + 2 # 275; = H 2 - + 2 OH - (в нейтральній і лужної середовищах).
Для вибору пріоритетного процесу слід порівняти стандартні електродні потенціали металу і водню. Потенціал відновлення катіонів водню необхідно використовувати з урахуванням перенапруги, »- 1 В, тобто потенціал виділення водню на катоді набагато більш негативний, ніж рівноважний потенціал, який відповідає рН даного розчину.
Перенапруженням називають зрушення потенціалу електрода від даного рівноважного значення, викликаний замедленностью електрохімічної реакції розряду або утворення іонів при даній щільності струму.
Перенапруження водню дуже сильно залежить від природи катода і стану його поверхні. Самим незначним виявляється перенапруження водню на гладкій платині. При виділенні металів на катоді, як правило, перенапруження невелика.
Всі метали за своєю поведінкою під час електролізу водних розчинів можна розділити на 3 групи:
1. Активні метали (Li - Al) через низьку окислювальної здатності їх іонів на катоді не осідають, замість них йде відновлення іонів водню.
2. Метали середньої активності (Mn, Zn, Fe, Sn) можуть осідати на катоді з одночасним виділенням водню.
3. Неактивні метали (стоять у ряді напруг після водню) через високу окисної здатності їх іонів осідають на катоді без виділення водню.
На аноді можливі процеси окислення:
- матеріалу анода Ме - n # 275; = Me n +;
Аніони кисневмісних кислот, що мають в своєму складі атом
елемента в вищого ступеня окислення (SO4 2-. NO3 - і ін.), при електролізі водних розчинів на аноді нерозряджаються. З урахуванням перенапруги величину потенціалу виділення кисню потрібно вважати рівною 1,8 В.