Получение органических веществ
Достижения теории электродных процессов призваны сыграть большую роль в развитии такой важной и перспективной области, как электросинтез органических соединений.
Достижения в развитии теории адсорбции органических соединений на электродах и успехи в разработке методов исследования и теории многостадийных процессов все шире применяются при подборе новых добавок для процессов электрокристаллизации, ингибиторов коррозии, при выяснении механизма электрохимических превращений органических веществ и создании новых процессов электросинтеза
Новые возможности открывает электросинтез органических соединений с использованием электрохимически генерируемых сольватированных электронов. Одним из эффективных способов интенсификации процессов окисления и восстановления органических соединений является применение катализаторов-переносчиков, которые позволяют окислять или восстанавливать органические соединения, не обладающие электрохимической активностью либо реагирующие на электроде с образованием нежелательных продуктов.
В электросинтезе органических соединений ОРТА начали использовать в первую очередь в процессах, связанных с выделением хлора и других галогенов, — в эпоксидировании и гипохлорировании олефинов, синтезе хлороформа и йодоформа. Достаточную коррозионную стойкость проявляет ОРТА в процессах электросинтеза органических соединений при электролизе метанольных растворов, содержащих не более 0,5 моль/л воды. При высоких положительных потенциалах на ОРТА идут реакции анодной конденсации и аддитивной димеризации. Отсутствие эффекта запирания при поляризации до 3,0—3,5 В в спиртовых растворах связывается с адсорбцией исходных веществ
|
|
|
Для электросинтеза органических соединений с твердым полимерным электролитом используется ионоселективная мембрана из сульфированного перфторуглерода. На нее напрессовывают смесь катализаторов электродных реакций с порошком сульфированного перфторуглерода. В качестве катализаторов для анодных реакций используют чернь платиновых
Разработаны электролизеры для электросинтеза органических соединений, в которых электроды в виде сетки напрессовываются на ионообменную мембрану. Сама мембрана при этом играет роль твердого электролита.
Для проведения реакций электросинтеза органических соединений часто используются органические растворители, которые одновременно являются компонентами реакции, принимающими участие в образовании конечного продукта.
Сложность реализации кислородной деполяризации в процессах электросинтеза органических соединений, протекающих без диафрагмы, определяется влиянием этих органических веществ на потенциал газодиффузионного кислородного электрода, который смещается в отрицательную сторону.
|
|
|
Рассмотрим электролиз солей карбоновых кислот.
Метод используется для синтеза алкана конкретной структуры. В результате электролиза концентрированных водных растворов натриевых или калиевых солей карбоновых кислот образуются алканы. Реакцию открыл А.Кольбе в 1849 г.:
2RCOO-Na+ + 2H2OэлектролизàR - R + 2CO2 + 2NaOH + H2
На аноде анион карбоновой кислоты отдает электрон, образуя
свободный радикал, который распадается на диоксид углерода и
свободный алкильный радикал. Алкильные радикалы димеризуются и образуются симметричные (удвоенные от исходных R) алканы. На катоде образуются водород и гидроксид щелочного металла.
R-COO- (анион)à-е анодà R-COO. àR. + CO2
2R.à R - R
Выход алканов обычно невелик.
Электролиз и обессоливание воды
Получение обессоленной воды (полностью или частично) достигается в настоящее время одним из трех методов испарением, электрохимическим и химическим путем.Наиболее перспективный метод — электрохимический, который по своим технико-экономическим показателям превосходит дистилляцию и ионообменную очистку. Возможно также частичное обессоливание воды при помощи вымораживания, но этот метод пока на практике не применяется.
|
|
|
Электрохимический метод обессоливания воды основан на использовании электродиализа и электроосмоса.
Этот метод опреснения и обессоливания воды легко поддается регулированию и автоматизации. Эксплуатация установок проста. Этот метод рентабелен для получения пресной воды с плотным остатком 500—1000 мг/л из воды с примерным содержанием солей 2—10 г/л.
Обессоливание воды этим методом является специфической разновидностью электролиза воды. Здесь задача сводится к удалению из воды загрязняющих ее солей. С энергетической точки зрения выгоднее затрачивать энергию на удаление малых количеств примесей, чем на выпарку большой массы воды, когда расход энергии составляет 25—50 кет ч/м
Для обессоливания электрохимическим методом поперек потока воды в особых камерах-электролизерах пропускается постоянный электрический ток. В электрическом поле положительно заряженные катионы растворенных в воде солей двигаются к погруженному в опресняемую воду катоду, а отрицательно заряженные анионы — к аноду. Капитальные и эксплуатационные затраты на обессоливание воды этим методом значительны, поэтому он не получил широкого распространения
|
|
|
Часто электрохимическое обессоливание воды комбинируется с реагентным или ионитным методом обработки воды. При этом анодные и катодные продукты используются для умягчения воды или регенерации Н-- и ОН-ионитов.
Третья ступень глубокого обессоливания воды представлена Н-катионитовым и ОН-анионитовым фильтрами и служит для обмена катионов и анионов, попадание которых в воду возможно в результате несвоевременного отключения отработанного ионитового фильтра. Два последних фильтра называются буферными и могут быть заменены фильтром смешанного действия, содержащим сильнокислотный катионит и сильноосновной анионит. Использование фильтров смешанного действия сопровождается трудностями их регенерации, так как при этом возникает необходимость разделения ионитов. Этого можно избежать, применяя метод электрохимической регенерации смешанного слоя ионита.
Сущность электрохимического метода обессоливания воды в многокамерной ячейке с ионитовыми мембранами сводится к следующему: в многокамерном электродиализаторе с двумя электродами мембраны расположены так, что катионитовые и анионитовые мембраны последовательно чередуются между собой. При этом первая катионитовая мембрана расположена у катода, а последняя анионитовая — у анода, как это видно из рисунка 38
Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.Он представляет собой довольно сложную совокупность процессов, к которым относятся: миграция ионов (положительных к катоду, отрицательных к аноду), диффузия ионов, разряжающихся на электродах, электрохимические реакции разряда ионов, вторичные химические реакции продуктов электролиза между собой, с веществом электролита и электрода.
Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создаётся электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Катодом при электролизе называется отрицательный электрод, анодом — положительный[1]. Положительные ионы — катионы (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду,отрицательные ионы — анионы (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.
Реакции, происходящие при электролизе на электродах, называются вторичными. Первичными являются реакции диссоциации в электролите.
Технический или прикладной электролиз характеризуется сложностью протекающих в промышленных условиях электролитических процессов, различными видами электролиза, их зависимостью от природы электролита, типа электролитической ванны, оптимизации самих электролизных процессов.
Актуальность электролиза объясняется тем, что многие вещества получают именно этим способом. Например, такие металлы как никель, натрий, чистый водород и другие, получают только с помощью этого метода. Кроме того с его помощью электролиза относительно легко можно получить чистые металлы, массовая доля самого элемента в которых стремиться к ста процентам. В промышленности аллюминий и медь в большинстве случаев получают именно электролизом. Преимущество этого способа в относительной дешевизне и простоте.
Теоритеческое обоснование процессов электролиза.
Электролиз протекает только в тех средах, которые проводят электрический ток. Способностью проводить ток обладают также водные растворы оснований и солей. Безводные кислоты – очень плохие проводники, но водные растворы кислот хорошо проводят ток. Растворы кислот, оснований и солей в других жидкостях в большинстве случаев тока не проводят, но и осмотическое давление таких растворов оказывается нормальным, точно так же не проводят тока водные растворы сахара, спирта, глицерина и другие растворы с нормальным осмотическим давлением.
Различные отношения веществ к электрическому току можно иллюстрировать следующим опытом.
Соединим провода идущие от осветительной сети, с двумя угольными электродами. В один из проводов включим электрическую лампу, позволяющую грубо судить о наличии тока в цепи. Погрузим теперь свободные концы электродов в сухую поваренную соль или безводную серную кислоту. Лампа не загорается, т.к. эти вещества не проводят тока и цепь остается не замкнутой. То же самое происходит, если погрузить электроды в стакан с чистой дистиллированной водой. Но стоит только растворить в воде немного соли или прибавить к ней какой-нибудь кислоты или основания, как лампа тотчас же начинает ярко светиться. Свечение прекращается если опустить электроды в раствор сахара или глицерина и т.п.
Таким образом, среди растворов способностью проводить ток обладают преимущественно водные растворы кислот, оснований и солей. Сухие соли, безводные кислоты и основания (в твердом виде) тока не проводят; почти не проводит тока чистая вода, очевидно, что при растворении в воде кислоты основания или соли подвергаются каким-то глубоким изменениям, которые и обуславливают электропроводность получаемых растворов.
Электрический ток, проходя через растворы, вызывает в них, так же как и в расплавах, химические изменения, выражающиеся в том, что из растворов выделяются продукты разложения растворенного вещества или растворителя. Вещества, растворы которые проводят электрический ток,получили названия электролитов. Электролитами являются кислоты, основания и соли.
Химический процесс, происходящий при пропускании тока через раствор электролита, называется электролизом. Исследуя продукта, выделяющиеся у электрода, при электролизе кислот, оснований и солей, установили, что у катодов всегда выделяются металлы и водород, а у анода кислотные остатки или гидроксильные группы, которые затем подвергаются дальнейшим изменениям. Таким образом, первичными продуктами электролиза оказываются те же части кислот, оснований и солей, которые при реакциях обмена, не изменяются, переходят из одного вещества в другое.
Электрофорез
Электрофорез — это электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля. Впервые было открыто профессорами Московского университета П. И. Страховым и Ф. Ф. Рейссом в 1809 году.
С помощью электрофореза удаётся покрывать мелкими частицами поверхность, обеспечивая глубокое проникновение в углубления и поры. Различают две разновидности электрофореза: катафорез — когда обрабатываемая поверхность имеет отрицательный электрический заряд (то есть подключена к отрицательному контакту источника тока, являясь катодом) и анафорез — когда заряд поверхности положительный.
Электрофорез применяют в лечебных целях в физиотерапии. В химической промышленности он используется для осаждения дымов и туманов, для изучения состава растворов и др. Электрофорез является одним из наиболее важных методов для разделения и анализа компонентов веществ в химии, биохимии и молекулярной биологии.
Лечебное вещество наносится на прокладки электродов и под действием электрического поля проникает в организм через кожные покровы (в терапии, неврологии, травматологии и др.) или слизистые оболочки (в стоматологии, ЛОР, гинекологии и др.) и влияет на физиологические и патологические процессы непосредственно в месте введения. Электрический ток также оказывает нервно-рефлекторное и гуморальное действие.
Преимущества лечебного электрофореза:
-введение малых, но достаточно эффективных доз действующего вещества;
-накопление вещества и создание депо, пролонгированность действия;
-введение в наиболее химически активной форме — в виде ионов;
-возможность создания высокой местной концентрации действующего вещества без насыщения им лимфы, крови и других сред организма;
-возможность введения вещества непосредственно в очаги воспаления, блокированные в результате нарушения локальной микроциркуляции;
-лечебное вещество не разрушается, как например, при введении пероральных лекарств;
-слабый электрический ток благоприятно влияет на реактивность и иммунобиологический статус тканей.
В биохимии и молекулярной биологии электрофорез используется для разделения макромолекул — белков и нуклеиновых кислот (а также их фрагментов). Различают множество разновидностей этого метода (см. статью Электрофорез белков). Этот метод находит широчайшее применение для разделения смесей биомолекул на фракции или индивидуальные вещества и используется в биохимии, молекулярной биологии, клинической диагностике, популяционной биологии (для изучения генетической изменчивости) и др.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 862; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!