Термины и определения в электрохимической технологии

 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
Н. Б. Березин, Ж. В. Межевич 
 
 
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
В ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ 
ТЕХНОЛОГИИ 

 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 621.357(075) 
ББК 35.35я7 
 
Б48 
 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
канд. техн. наук, доц. С. Ю. Ситников 
канд. техн. наук Р. А. Ахмедьянов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Б48 
Березин Н. Б. 
Термины и определения в электрохимической технологии : учебнометод. пособие / Н. Б. Березин, Ж. В. Межевич; Минобрнауки России, 
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 
96 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2941-6 
 
Рассмотрены вопросы стандартизации терминологии в электрохимической технологии. Предложены определения терминов по гальванотехнике, химическим источникам тока и коррозии. 
Предназначено для магистрантов направления подготовки 18.04.01 
«Химическая технология», обучающихся по программам «Перспективные 
электрохимические технологии», «Коррозия и защита металлов». 
Подготовлено на кафедре технологии электрохимических производств. 

 

ISBN 978-5-7882-2941-6
© Березин Н. Б., Межевич Ж. В., 2020
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 621.357(075) 
ББК 35.35я7

В В Е Д Е Н И Е  

Мотивом написания терминологического словаря послужила 
необходимость единого подхода при нормоконтроле работ студентов 
изложить определения основных терминов в одном издании по дисциплинам, читаемым на кафедре технологии электрохимических производств.  
Слово «термин» происходит от латинского Terminus – имени 
древнегреческого бога, который считался покровителем границ и межевых знаков. Сейчас в переводе с латинского terminus означает «граница», «предел». Поэтому слово «термин» подразумевает ограниченность, обособленность использования. 
Известный писатель Бернард Шоу в свое время с присущим ему 
остроумием определял терминологию как «заговор посвященных», 
подчеркивая тем самым замкнутый, резко ограниченный круг распространения специальной лексики, которая доступна лишь избранным, 
посвященным в специфику той или иной отрасли научного знания. 
Особенно на этапе начального развития любого нового научного 
направления одной из приоритетных является проблема становления 
единой адекватной терминологии (терминологическая проблема). 
Стандартизация терминологии, главным образом, позволяет облегчить взаимопонимание между специалистами разных областей 
науки и производства, студентом и преподавателем, качественно повышает учебный процесс и выпускные квалификационные работы. 
Важным элементом в любой науке, технике и технологии является единство понятий и определений. Применение терминов-синонимов является недопустимым. Это позволяет и значительно облегчить 
перевод текста на иностранные языки.  
Написание данного словаря является сложной задачей, поскольку многие электрохимические понятия излагаются в государственных стандартах. С одной стороны, стоит задача не переписывать 
стандарты, а с другой – в силу электрохимической науки, и, как говорил 
академик В. И. Вернадский, ее «всюдности», нормативные документы 
по терминологии подготовлены специалистами различных областей 
знаний, где сложились традиции в определениях знаний. Например, 
есть отличие в определениях терминов системы ЕСЗКС от стандарта на 
химические источники тока, который является переводом на русский 
язык международного нормативного документа. 

При изложении материала считали целесообразным дать определения терминов по разделам, касающихся разных областей знаний 
электрохимической науки. В силу многообразия электрохимических 
объектов авторы не ставили задачу рассмотреть терминологию всех областей электрохимической технологии, а лишь тех, по которым специализируется кафедра и идет подготовка бакалавров, магистров и аспирантов. В этой связи терминология представлена в основном по трем 
направлениям – гальванотехника, химические источники тока и коррозия. Кроме того, рассмотрены общепринятые термины в электрохимической науке. 
Все сказанное позволяет надеяться, что материал издания послужит студентам в лучшем усвоении знаний в области технологии 
электрохимических производств и защите от коррозии. 

1 .  Э Л Е К Т Р О Л И З  

К технологиям, основанным на электролизе, относятся гальванотехника, производство химических неорганических и органических 
продуктов, гидрометаллургия, анодная обработка металлов и многое 
другое. 
Электролиз – это окислительно-восстановительный процесс, 
полуреакции которого физически отделены друг от друга в результате 
того, что каждая из них осуществляется на отдельном электроде. Электролиз может протекать только под действием электрического тока.  
Рассмотрим данный процесс на примерах электролиза расплава 
и водного раствора хлорида натрия. В процессе электролиза катионы, 
движущиеся по направлению к катоду, восстанавливаются на этом 
электроде, и в то же время анионы, движущиеся по направлению 
к аноду, окисляются на нем. Участниками электрохимических реакций 
могут быть электроны, ионы, а также нейтральные частицы. Поэтому 
для установления законов управления  такими системами необходимо  
знание законов движения к зоне реакции электронов в проводниках 
первого рода и ионов в проводниках второго рода. 
Поток вещества осуществляется четырьмя способами: миграцией, диффузией, конвекцией и термодиффузией. 
Миграция представляет процесс переноса заряженных частиц 
в электрическом поле, диффузия обусловлена градиентом концентрации, 
конвекция – естественным или принудительным перемешиванием, термодиффузия – обусловлена выделением теплоты при прохождении тока. 
Примером одного из простейших электрохимических превращений может служить электролиз расплавленной соли NaCl. Для этого процесса, однако, приходится использовать довольно сложный электролизер. Ванна с электролитом должна выдерживать температуру, необходимую для расплавления соли – около 800 °С. Рассматривая электролиз 
расплавленной соли, достаточно принимать во внимание лишь ионы 
двух типов: Na+ и Сl–. При прохождении электрического тока через расплавленную соль (рис. 1.1) одновременно протекают два процесса: 
1. Восстановление на катоде: 

 
  
 
Na+ + е– → Na; 
 
 
 
 
 
 (1.1) 

 
 

2. Окисление на аноде: 

 
 
 
 
Сl– → ½Cl2 + e–.  
 
 
 
 
(1.2) 

Прохождение электрического тока через водный раствор соли 
(рис. 1.2) обусловливает протекание следующих реакций: 
1. Восстановление на катоде: 

 
 
 
 
Na+ + е- → Na  
 
 
 
 
 
(1.3) 

 
 
 
 
2H3O+ + 2e–  → H2 + 2H2O 
 
 
 
 
(1.4) 

 
 
Рис. 1.1. Электролиз расплава NaCl 

 
 
Рис. 1.2. Электролиз водного раствора NaCl 

Для водного раствора NaCl требуется более простой электролизер, сам же процесс оказывается сложнее из-за возможности электролиза воды.  
 

 
 
 
 
2H2O + 2e–  → H2 + 2OH–  
 
 
 
 
(1.5) 

2. Окисление на аноде: 

 
 
 
 
Сl– → ½Cl2 + e– 
 
 
 
 
 
(1.6) 

 
 
 
 
6H2O →O2 + 4H3O+ + 4e–  
 
 
 
 
(1.7) 

 
 
 
 
4ОН-→ O2+  H2O+4e–   
 
 
 
 
(1.8) 

Суммарный процесс разложения NaCl выражается следующим 
уравнением: 

 
 
2H2O+ 2 NaCl→ Cl2+ H2+2NaOH 
 
 
 
(1.9) 

Кинетика и механизм указанных выше реакций зависит от природы электродов (жидкие или твердые), а также концентрации раствора, рН и режимов электролиза (плотность тока, температура). Так, 
при электролизе водного раствора хлорида натрия на железном катоде 
выделяется только водород. Если в качестве катода использовать ртутный электрод, то на нем будет выделяться, в основном, натрий. Качество получаемых продуктов реакции зависит от конструкции электролизеров и от технологического процесса. 
Процесс электролиза водного раствора хлорида натрия лежит 
в основе электролитического способа производства хлора и едкого 
натра. Эти вещества находят широкое применение в ряде отраслей промышленности. 
Хлор используют в технологии получения неорганических и органических соединений, таких как хлорид водорода, хлорид цинка, 
хлорная известь, дихлорэтан, трихлорэтилен, гексахлорэтан, хлороформ, хлорвинил и др. Едкий натр применяют в мыловарении, производстве искусственного шелка, целлюлозы, в нефтяной промышленности, электрохимических производствах и металлургии.  
Из суммарного уравнения (1.9) видно, что в результате электролиза водного раствора NaCl на катоде образуется газ водород H2, на 
аноде газ хлор Cl2, а в объеме электролита NaOH. В связи с этим интересно рассмотреть электролиз водных растворов солей подробнее, но 
для этого необходимо вспомнить ряд активности металлов.  

По значению стандартного электродного потенциала металлы 
располагаются следующим образом: 
Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe,  
Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au. 
В водном растворе солей на катоде могут протекать следующие 
процессы: 
1. Если металл стоит в ряду напряжений левее алюминия (включительно), то на катоде восстанавливается вода с выделением водорода. 
Металл же на катоде не выделяется, за исключением реакций на ртутном электроде: 

 
 
 
 
2H2O + 2e → H2 + 2OH-  
 
 
 
(1.10) 

2. Если металл стоит в ряду напряжений после алюминия до водорода, то на катоде одновременно выделяется и металл (1.11) и водород (1.10): 

 
 
 
 
Men++ne→Me0  
 
 
 
 
 
(1.11) 

3. Если же металл стоит в ряду напряжений за водородом, то на 
катоде восстанавливаются только ионы металла (1.11). 
Процессы, протекающие на аноде, определяются материалом 
анода. На нерастворимых и инертных анодах (графит, платина, нержавеющая сталь) возможны два процесса: 
1. Если ионы кислотного остатка не содержат атомов кислорода 
(Сl-, I-, Br-, S2-), то окисляются именно они, например: 

 
 
 
 
2Br- -2е-→ Br2  
 
 
 
 
 
(1.12) 

Фторид-ионы можно окислить только в неводных средах. 
2. Если ионы кислотного остатка содержат атомы кислорода  
(SO42-, NO3-, SO32-), то окисляется вода с выделением кислорода: 

 
 
 
 
2H2O- 4e-→ O2+ 4H+  
 
 
 
 
(1.13) 

Аноды могут быть растворимыми (Cu, Zn, Ni). Тогда происходит растворение материала анода и металл в виде ионов переходит в 
раствор: 

 
 
 
 
Me0- ne→Men+ 
 
 
 
 
 
(1.14) 

Т е р м и н ы  о с н о в н ы х  п о н я т и й  

Электрохимия – наука о взаимном превращении химической и электрической форм энергии, явлениях и процессах, происходящих 
на границе и в объеме фаз. 
Электрохимическая термодинамика – наука о равновесных явлениях 
на границе фаз с участием заряженных частиц. 
Электрохимическая кинетика – наука о скорости и механизме электрохимических реакций, в которой рассматриваются вопросы 
влияния различных факторов на ее протекание, стадийность процесса и электронных переходов, кинетические параметры и методы исследования. 
Электрохимическая система – замкнутая часть пространства, в котором может протекать, по меньшей мере, одна электрохимическая 
окислительная и одна электрохимическая восстановительная реакции, называется по Л. И. Антропову электрохимической системой. Электрохимическая система, таким образом, состоит из проводников первого рода и находящихся в соприкосновении с ними 
проводников второго рода. Понятию электрохимическая система 
эквивалентны часто встречающиеся в литературе названия: 
«гальванический элемент», «электрохимическая ячейка», «цепь».  
Электрохимическая цепь – см.: Электрохимическая система. Электрохимическая система (цепь) технически реализуется в форме 
электрохимической ячейки – электролизера или химического источника тока.  
Например, электрохимическая система источника тока Даниэля–
Якоби представляет собой медный и цинковый электроды, погруженные в растворы своих солей: 

Cu2+/Cu | CuSO4 || ZnSO4 | Zn2+/Zn 

На электродах протекают реакции:  

Zn2+ +  2е–  = Zn0,  
Е0= – 0,76 В 

Cu2+ + 2е–  = Cu0,  
 Е0= + 0,34 В. 

Физическая гравитационная цепь – гравитационные цепи состоят 
обычно из двух жидких электродов разной высоты, изготовленных из одного и того же металла. Электроды погружены 

в раствор соли данного металла. Подобную цепь с ртутными 
электродами высотой h1 и h2 (h1>h2), опущенными в раствор соли 
ртути  HgA, можно представить следующей схемой: 

Hg | HgA | Hg 
(h1) 
  
(h2) 

Электрод большей высоты (h1) обладает повышенным запасом 
свободной энергии по сравнению с электродом менее высоким, 
поэтому он растворяется с образованием  ионов ртути: 

  
 
Hg→1/2Hg22+ + e– 
  
 
(h1) 

тогда как на правом электроде, с меньшим запасом энергии, ионы 
ртути разряжаются и выделяется металлическая ртуть: 

 
 
 
1/2Hg22+ + e– = Hg 
 
 
 
 
 
 
 
(h2) 

Суммарный процесс в гравитационной цепи состоит, следовательно, в переносе ртути от высокого электрода к низкому: 

Hg → Hg 
(h1) 
(h2) 

Физическая аллотропическая цепь – в аллотропических цепях электродами служат две модификации одного и того же металла (Mα 
и Mβ), погруженного в раствор (или расплав) его ионопроводящего соединения. При данной температуре только одна из модификаций выбранного металла устойчива (если это не температура фазового превращения, при которой существуют в равновесии обе модификации), другая же находится в метастабильном 
состоянии. Электрод, изготовленный из металла в метастабильном состоянии (пусть это будет Mβ), должен обладать повышенным запасом свободной энергии. Он играет роль отрицательного 
электрода элемента и посылает ионы металла в раствор: 

Mβ = Mz+ + ze– 

На электроде, изготовленном из устойчивой α-модификации, 
происходит разряд металлических ионов: 

Mz+ + ze– = Mα