Закон сохранения и превращения энергии и процесс электролиза

Электролиз — процесс без которого невозможно существование современной  металлургии, химии и других отраслей. Для его осуществления необходимы растворы,  в которых имеются  ионы ( отрицательно и положительно заряженные  частицы). Эти растворы называются электролитами. В раствор вводят два электрода  и подают на них электрическое напряжение — на анод — положительное, на катод – отрицательное.

При прохождении тока через электролит (в растворах носителями зарядов являются ионы) происходят химические реакции на электродах, погружённых  в него. При этом выделяются химические соединения входящие в состав электролита. Этот процесс и  называется электролизом. Законы электролиза открыл  Фарадей, который показал, что масса выделившегося в процессе электролиза вещества, зависит от силы тока, времени процесса, химического эквивалента и не зависит от напряжения на электродах.

Эта масса равна:   m=I x t x k / F
где:  m—масса выделившегося вещества;
I — сила тока;
t — время процесса ;
k — химический эквивалент;
F — число Фарадея;

Какое же нужно напряжение на  электродах для проведения процесса?
Затрачиваемая  энергия:    E =I x U x t
где:     E –энергия;
I  — сила тока;
U — напряжение на электродах;
t  — время процесса;

Эта энергия затрачивается на разрядку ионов на электродах и остаётся в  химической энергии полученных веществ, а часть её переходит в тепло,  которое повышает температуру электролита.

Энергия источника тока, перешедшая в химическую энергию вещества: W=E-w
где  w—энергия перешедшая в тепло.

Т.е.  W меньше E = I x U x t
Отсюда Umin  =W/ I x t

Т.о., по закону сохранения  энергии, получаем минимальное напряжение при котором может происходить процесс электролиза. Оно называется «пороговым». У разных металлов, используемых в качестве электродов, различные «пороговые» напряжения. Эти различия применяются при выделении металлов в процессе электролиза, например, при извлечении чистых серебра и золота из солей меди с малыми примесями этих металлов. При прохождении тока на аноде выделяется кислород, растворяется медь а также серебро и золото, а на катоде осаждается металлическая медь.

При достаточно малом напряжении на электродах реакции растворения  серебра и золота не идут и они остаются на аноде, а ионы меди осаждаются на катоде в виде металлической меди.

Серебро и золото, восстановленные в  растворе, выпадают в осадок  откуда и извлекаются. Выбор порогового напряжения осуществляется на основании законов Фарадея и закона сохранения энергии, а процесс электролиза показывает превращение  электрической энергии в химическую, подтверждающий фундаментальный принцип превращения  и сохранения  энергии.