Металлдар мен құймалар арқылы электрхимиялық қаптамалар алудың технологиясы
жүктеу/скачать 1,78 Mb. Pdf көрінісі
|
Все лекции по Гальвантехника
| 2- Электрохимиялық
жолмен қаптамалардың түзілу механизмдері 2.1- Электролиздік қаптамалардың құрылысы. Жалпы мағлұмат Электр энергиясының әсерінен жүретін химиялық реакция электрхимиялық деп аталады. Химиялық және электрлік энергия формаларының өзара айналуы тек қана электрхимиялық жүйелерде жүзеге асады. Электрхимиялық жүйе - электрхимиялық процесс жүретін, бір немесе бірнеше заттың тоқөткізгіш ерітіндісінен құралған электролиттен тұрады; металдық электрод электролитке батырылады және реакцияға қатысатын электрондардың тасмалдануын қамтамасыз етеді. Электрохимиялық жүйе тепе-теңдік және тепе-теңдік емес күйде болады. Тепе-теңдік жағдайда электрод пен электролит арасында қос электрлі қабат түзіледі, оның электродық реакциясы екі бағытта да бірдей жылдамдықта жүреді : М n+ + ne M Себебі барлық электрохимиялық реакцияларға зарядталған бөлшектер қатысады, электрод – электролит шекарасынан өту жиілігі тоққа эквивалентті. Егер металл пластинкасын аттас иондары бар тұздың ерітіндісіне салса (аталған металл сутегін ығыстырмайтын және ерітіндіде тотықтырғыштар жоқ жағдайды қарастырамыз) металдың беткі қабатында мынадай тотығу-тотықсыздану реакциялары жүру мүмкін: 1. металл атомдары валлентті электрондарын металда қалдырып, иондар түрінде ерітіндіге ауысады: М –ne M n+ , M M n+ + ne 2. металл иондары ерітіндіден металдың беткі қабатына жабысады: бұл иондар беткі қабаттағы электрондарды қосып атомға айналады: М n+ + ne M. Басқаша айтқанда металдың ерітіндісімен жанасқан жерінде металл иондары мен ерітіндідегі иондардың арасында алмасу процесі жүреді. Бұл алмасу процесіне электрондар қатысады: металдан ерітіндіге ауысқан бөлшектер электрондарын жоғалтады - тотығады; ал ерітіндіден металға ауысқан бөлшектер электрондарды қосып алады - тотықсызданады, яғни электрохимиялық процесс жүреді. Электронды қосып не бөліп жүретін процестер нәтижесінде электр тоғы пайда болады. Алғашқыда металл мен ерітінді жанасқанда анодты және катодты тоқтар көбінесе бір-біріне тең болмайды i a i к . Металдың, ерітіндінің табиғатына, иондардың ерітіндідегі концентрациясына, тағы басқа жағдайларға байланысты не i a i к , не керісінше i к i a болу мүмкін. Егер алғашқыда анодты тоқ катодты тоқтан көп болса, металдан ерітіндіге иондардың ауысуы басым болады. Бұл жағдайда металдың беткі қабатында электрондар артық жиналады да металдың беті теріс зарядталады. Бұл заряд бір жағынан иондардың металдан ерітіндіге ауысуына кедергі жасайды, яғни i a кемуіне әкеп соғады. Екінші жағынан артық теріс заряд иондардың ерітіндіден металға ауысуын жылдамдатады, яғни сәйкес катодты тоқ көбейеді. Катодты және анодты тоқ теңескенде i a =i к электрод пен ерітіндінің арасында динамикалық тепе-теңдік орнайды: M M n+ + ne Металл мен ерітінді иондарының алмасу тепе-теңдік жылдамдығы алмасу тоғы деп аталады: i a = i к =i о Алғашқыда катодты процестің жылдамдығы анодты процестің жылдамдығынан артық болса, ертіндідегі иондардың металл бетіне ауысу қабілеттігі басым болады да металдың беті ертіндімен салыстырғанда оң мәнмен зарядталады. Жоғарыда келтірілгендей металл бетінің оң зарядталуы катодты процесстің жылдамдығы артуына себеп болады. Катодты және анодты токтың өзгеруі екі процесс теңескенше жүреді. Тіке және кері бағыттағы электродтық реакцияның жылдамдығы тең болғанда электрод пен электролитте ешқандай өзгеріс болмайды. Тепе-теңдік орнағанда электродта пайда болатын зарядтар айырымын потенциал мәнімен сипаттауға болады. Металл мен ерітінді шекарасында электрохимиялық тепе-теңдік орнағанда пайда болатын потенциалы деп атайды. Пайда болған потенциалдың мәні металдың табиғатына байланысты, сонымен қатар ертіндідегі металл иондарының активтігіне тәуелді. Бұл тәуелділік Нернст теңдігімен өрнектеледі: Е т = Е о + RT/nF ln a, Е – тепе - теңдік потнциалы; Е - стандартты электрохимиялык потенциал: бұл электрохимиялык реакцияға қатысатын бар компоненттердің активтігі бірге тең болғандағы тепе-теңдік потенциал; R - газды тұрақтылық - 8,314 дж/град.моль; Т - абсолютты температура-К ; n - электрохимиялык реакцияға қатысатын электрон саны ; Ғ - фарадей саны - 96500 кулон/моль экв; а - металл ионының ертіндідегі активтігі. Теңдеуден көрініп тұрғандай электродтық потенциал ерітіндідегі иондардың активтігіне (концентрациясына), валенттілігіне және температураға тәуелді. Егер теңдеуге тиісті сан мәндерін қойсақ және натуралды логарифнен ондық логарифмге ауыссақ, онда 25 0 С –та электрод потенциалын анықтаудың келесі мәндерін аламыз: Е т = Е о + 2,303 8,314 298/n 96500 lna = Е + 0,059/n lga, Мұнда R=8,314 Дж/(кмоль К); Т=273+25=298 К; F = 9600 Кл Электродтың потенциалы тоқ өткенде электродтың тепе – теңдік потенциалынан басқаша болады, себебі ол тек қана жүйенің табиғатына тәуелді емес, температура, қысым және электролит арқылы өткен тоқ күшіне тәуелді. Электролит арқылы өткен тоқ мөлшері мен электролиз кезінде бөлінген заттардың арасындағы сандық байланысты электролиз заңдары немесе Фарадейдің бірінші және екінші заңдары көрсетеді. Фарадейдің бірінші заңы: Электродта бөлінген заттың массасы электролит арқылы өткен тоқ мөлшеріне тура пропорционал. m = k Q m = k I t m – электродта бөлінген заттың массасы, г; k - электрохимиялық эквивалент, ол электролит арқылы бір кулон тоқ өткенде түзілетін заттың массасы, немесе бірлік электр зарядының мөлшеріне сәйкес келетін зат массасын көрсетеді (г/Кл), яғни жүктеу/скачать 1,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|