Электросинтез, электродиалез, электрофорез

Во время работы над электролизом Фарадей обнаружил, что при электрохимическом разложении солей уксусной кислоты идет образование углеводородов. Это был первый случай электросинтеза органического соединения. Такой же электросинтез открыл в 1849 г. и немецкий химик Адольф Кольбе (1818-1884). Занимаясь электролизом щелочных солей алифатических карбоновых кислот, на платиновом аноде среди различных продуктов электролиза он обнаружил насыщенные углеводороды. Это означало, что электрический ток ведет себя как сильный окислитель.

Отсутствие в реакторе химических окислителей и восстановителей гарантировало продукты высокой чистоты. В наши дни электросинтез применяют в производстве фармацевтических препаратов, витаминов, душистых веществ, мономеров. В результате окисления на аноде синтезируются некоторые органические кислоты и их эфиры - ценное сырье для синтеза пластмасс. Многие из этих веществ другим путем и получить невозможно. Ценные вещества получаются и на катоде электролизера, где происходят реакции восстановления.

Многообразие реакций в электрохимии органических соединений (электроорганике) необозримо. Этому во многом способствуют электрокаталитические способности электродов, которыми можно управлять. Свойствами катализаторов обладают платина, палладий и некоторые другие металлы, а также оксиды некоторых металлов. Немалое значение имеет и то, что напряжение и ток, при которых происходит синтез, легко регулируются, а это значит, что процесс можно полностью автоматизировать.

В 1861 г. английский исследователь Томас Грэм (1805-1869), один из основателей коллоидной химии, применил диализ для очистки коллоидных систем. Очищаемый раствор он наливал в сосуд, который был отделен от другого сосуда с чистой водой мембраной из пергамента, целлюлозы, коллодия или керамическим фильтром. В результате диффузии все растворимые низкомолекулярные компоненты удалялись через мембрану во внешний раствор. Как выяснилось, диализ значительно ускоряется благодаря наложению внешнего электрического тока. В наши дни электродиализ используется в научных исследованиях. Успехи химии белков и полимеров в немалой степени связаны с применением электродиализа для выделения ионов из соответствующих растворов.

Электродиализ служит для опреснения морской воды, очистки речной и озерной воды, очистки промышленных стоков, шахтной и рудничной воды, фракционирования вакцин, сывороток, для удаления солей из суспензий, паст, минералов. Двухкамерные, трехкамерные, многокамерные электродиализаторы имеют сложную конструкцию. Но схема опреснения морской воды, очистки речной воды или технологических вод в принципе проста. Подлежащую очистке воду подают в среднюю камеру электродиализатора. В электродные пространства через мембраны, поступают ионы: катионы - в катодную камеру, анионы - в анодную. Очищенная вода постепенно переливается по сифону в другую камеру, где подвергается новой очистке. Особенно эффективен электродиализ с применением ионитовых мембран. В зависимости от знака электрического заряда на их поверхности эти мембраны пропускают преимущественно или катионы или анионы.

Спустя семьдесят лет, после того как Рейсе открыл электрокинетические явления, электроосмос был применен на практике для сушки торфа, а потом и для сушки древесины. С 60-х годов нашего столетия электроосмос используют для сушки и укрепления грунтов при постройке зданий, для борьбы с оползнями при строительстве плотин, для понижения уровня грунтовых вод, для ремонта железнодорожного полотна и осушки зданий. Разрабатываются способы интенсификации добычи нефти, при которых электроосмос поможет перемещать воду по коллекторам, вытесняя нефть.

Не остается без дела и электрофорез, служащий для разделения сложных органических и высокомолекулярных компонентов раствора. Он находит применение, когда возникает необходимость в получении ровных и прочных покрытий на металлах, которые для этой цели погружают в качестве электродов в суспензию. Таковы, например, декоративные и антикоррозионные покрытия из лакокрасочных композиций, электроизоляционные пленки, пленки окислов на нитях радиоламп.

В земной коре через грунты и горные породы текут подземные воды, а им сопутствуют так называемые потенциалы течения, которыми пользуются геофизики для разведки полезных ископаемых, картографии подземных вод и отыскания путей просачивания воды через плотины.

Потенциалы течения возникают при транспортировке жидкого топлива, при заполнении резервуаров, цистерн, нефтеналивных судов, бензобаков самолетов. Когда по трубам течет топливо, на концах трубопроводов возникают весьма высокие разности потенциалов, из-за которых на нефтеналивных судах случаются грандиозные пожары. Заземление трубопроводов и приемных резервуаров, к сожалению, не устраняет опасности, а способствует еще большему разделению обкладок двойного электрического слоя. Приходится добавлять в горючее вещества, увеличивающие токи утечки. Есть еще потенциалы оседания - причина грозовых разрядов в атмосфере. Но их практическое значение едва ли существенно. В основном их не используют, а стараются от них уберечься.