1.4. Metālu iegūšanas paņēmieni

Visu metālu iegūšanas paņēmienu pamatā ir reducēšanas process, ko vispārīgā veidā var attēlot šādi:

Vidēji aktīvos metālus reducē no to oksīdiem ar ogli vai oglekļa(II) oksīdu, ar alumīniju vai ūdeņradi.

Aktīvos metālus (I A un II A grupas metāli, Al) var iegūt, tikai elektrolizējot to savienojumu kausējumus.

Elektrolīze ir oksidēšanas-reducēšanas process, kas noris pie elektrodiem, ja caur elektrolīta šķīdumu vai kausējumu plūst līdzstrāva. Elektrolīzes procesā katjoni virzās uz katodu, bet anjoni – uz anodu. Sasnieguši elektrodus, joni izlādējas. Pie anoda notiek elektronu atdošana – oksidēšanās, bet pie katoda – elektronu pievienošana – reducēšanās.

Nātrija hlorīda kausējuma elektrolīze

Animācija.

1. Nātrija hlorīds kausējumā disociē jonos:

NaCl → Na+ + Cl-

2. Pie katoda notiek reducēšanās, bet pie anoda oksidēšanās,
ko apraksta elektrodprocesu elektronvienādojumi:

Katods (-)
2Na+ + 2e- → 2Na

Anods (+)
2Cl- - 2e- → Cl2

3. Nātrija hlorīda kausējuma elektrolīzes summārais vienādojums:

2NaCl

2Na + Cl2

Neaktīvos un vidēji aktīvos metālus var iegūt un attīrīt, izmantojot sāļu ūdensšķīdumu elektrolīzi.
Tā kā ūdensšķīdumos līdz ar elektrolīta joniem ir arī ūdens molekulas, tad jāzina, kādā secībā pie katoda reducējas katjoni un kādā secībā pie anoda oksidējas anjoni.

Katjonu reducēšanās spēja uz katoda ir pretēja metālu elektroķīmiskajai spriegumu rindai.

Li K Ba Ca Na Mg Al aktīvie metāli	Cu Hg Ag Pt Au neaktīvie metāli
Pie katoda reducējas ūdens, izdalās ūdeņradis, bet metāls neveidojas.	Pie katoda reducējas visi metāla katjoni, un tāpēc izdalās tīrs metāls.

Anjonus pēc to spējas oksidēties uz anoda ūdensšķīdumos sakārto šādā secībā:

S2-, I -, Br -, Cl -, OH -, H2O, skābekli saturoši anjoni, F -

spēja oksidēties samazinās

Vara(II) hlorīda ūdensšķīduma elektrolīze

Vērojot eksperimentu „Vara(II) hlorīda ūdensšķīduma elektrolīze”, uz katoda var vērot vara kārtiņas izdalīšanos, bet anodtelpā vēro burbuļu izdalīšanos, kas liecina par hlora izdalīšanos. Par hlora klātbūtni pārliecinās, izmantojot joda – cietes papīru.

1. Vara(II) hlorīds ūdensšķīdumā disociē jonos.

CuCl2 → Cu2+ + 2Cl-
H2O

Animācija.

2. Vara joni Cu2+ virzās uz katodu, bet hlorīdjoni Cl- – uz anodu:

Katods (–)

Cu2+

Anods (+)

2Cl-

3. Pie katoda notiek reducēšanās, bet pie anoda oksidēšanās. Rodas vienkāršas vielas – varš Cu un hlors Cl2. Procesu apraksta elektrodprocesu elektronvienādojumi:

Katods (–)

Cu2+ + 2e- → Cu

Anods (+)

2Cl- - 2e- → Cl2

Vara(II) hlorīda ūdensšķīduma elektrolīzē ūdens nepiedalās.

4. Vara(II) hlorīda ūdensšķīduma elektrolīzes procesa summārais vienādojums:

CuCl2

Cu + Cl2

Aktīvu metālu sāļu ūdensšķīdumu elektrolīzi nevar izmantot aktīvu metālu iegūšanai. To var izmantot sārmu un halogēnu iegūšanai.

Kālija jodīda ūdensšķīduma elektrolīze

Vērojot eksperimentu „Kālija jodīda ūdensšķīduma elektrolīze”, anodtelpā izdalās jods (brūna viela), bet katodtelpā – ūdeņradis (gāze). Kālija joni un hidroksīdjoni paliek šķīdumā, veidojot kālija hidroksīdu. Vide kļūst sārmaina, un tāpēc katodtelpā ieliets fenolftaleīna šķīdums krāsojas aveņsarkans.

1. Kālija jodīds ūdensšķīdumā disociē jonos.

KI → K+ + I -
H2O

Animācija.

2. Pie katoda reducējas ūdens, – izdalās ūdeņradis H2, bet metāls neveidojas. Pie anoda notiek oksidēšanās – rodas vienkārša viela jods I2. Procesu apraksta elektrodprocesu elektronvienādojumi:

Katods (–)

2H2O + 2e- → H2 + 2OH -

K+

Anods (+)

2I - - 2e- → I2

3. Kālija jodīda ūdensšķīduma elektrolīzes procesa summārais vienādojums:

2KI + 2H2O

H2+ I2+ 2KOH