Реферат Електроосадження металів

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою

Калузький Державний Педагогічний

Університет їм.К.Э. Ціолковського

 

Кафедра філософії і соціології

 

 

 

>Электроосаждение металів.

 

 

 

 


Калуга,2008г.


Зміст

 

Глава 1 Історія

1.1. СТОРІНКИ ІСТОРІЇ

1.2. СТРУКТУРАЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХМЕТАЛЛОВ

1.3.ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕПРОЦЕССЫ – ОСНОВАЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Глава 2.Электрохимическое виділення металів

2.1. СПІЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКАПРОЦЕССОВ

2.2. ОСВІТАМОНОАТОМНЫХСЛОЕВМЕТАЛЛОВ ПРИПОТЕНЦИАЛАХПОЛОЖИТЕЛЬНЕЕРАВНОВЕСНЫХ

2.3. ВПЛИВРАЗЛИЧНЫХФАКТОРОВ НАПРОЦЕССЫКАТОДНОГОВЫДЕЛЕНИЯМЕТАЛЛОВ

2.3.1. Роль природи металу

2.3.2. Роль складу розчину

2.4.ПРИРОДА МЕТАЛЕВОГОПЕРЕНАПРЯЖЕНИЯ

2.5. ЧИННИКИ,ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕВЕЛИЧИНУПОЛЯРИЗАЦИИ ПРИКАТОДНОМВЫДЕЛЕНИИРАЗЛИЧНЫХМЕТАЛЛОВ

2.5.1. Енергія іона в металі та її статки у розчині

2.5.2. Активність поверхні катода у процесі осадження металів

2.5.3. Заряд поверхні металу у умовах її катодного осадження

2.5.4. Інші можливі причини появи металевого перенапруги

Укладання

 


ГЛАВА 1 ІСТОРІЯ

 

1.1. СТОРІНКИ ІСТОРІЇ

>Электрохимия належить до тих нечисленних наук, дата народження яких може бути встановлена з точністю. Це кордон XVIII і XIX століть, коли завдяки знаменитим дослідам італійського фізіолога Л.Гальвани і творення італійським фізикомА.Вольта в 1799 року «вольтова стовпа» — першого історії всього людства хімічного джерела струму — було сформульовано проблеми, вирішення яких визначило основні завдання електрохімії.

«Без хімії шлях пізнання істинної природи електрики закритий» — ця думка належить великомуМ.В.Ломоносову, який зробив виключно важливі спостереження та зауваження про природу пасивності металів. Як під впливом Ломоносова, і у відповідність до загальної ситуацією у науці, московському університеті електрохімічні дослідження завжди займали важливе місце і навіть виявлялися надзвичайно результативними [1–3]. Так було в 1807 р. російський академікФ.Ф.Рейсс відкрив явищаелектроосмоса і електрофорезу. Значно випередили свого часу роботи професора фізикиА.П.Соколова, який уперше застосував перемінний струм визначення ємності електрода (1887 р.).

Фундаментальна внесок у теорію розчинів електролітів вніс професорИ.А.Каблуков [4],указавший шляху до об'єднання гідратної теорії розчинівД.И.Менделеева і теорії електролітичної дисоціаціїС.Аррениуса з урахуванням ставлення до дисоціації як взаємодії з розчинником.Каблуков досліджував властивості неводних розчинів і відкрив явище аномальною електропровідності. Як автор відомого підручника по фізичної хімії і електрохімії (перше видання — 1902 р.)И.А.Каблуков надав значний вплив розповсюдження електрохімічних знань у нашій країні. Він був переконаний у цьому, що «не повідомляючи електрохімії не можна розпочати вирішення багатьох питань у області мінеральної, але й органічною хімії; на законах електрохімії засновані методи дослідження різних питань хімічної механіки...».

У 1911 р. Є.І.Шпитальским було відкрито явищеелектрополировки металів, яке вивчалося надалі працівниками та студентами лабораторії фізичної хімії під керівництвом. Одночасно проводилися праці та інших питань теоретичної та програмах технічної хімії (електрохімічне отримання бертолетової солі, дослідження хлорного електролізу, розробка нових електролітичних способів отримання свинцевого глету і окису міді т.д.). У цих роботах брали участьН.Н.Петин,З.А.Иофа,А.В.Командин,В.В.Монбланова та інших.Е.И.Шпитальский організував також реакцій виділення водню і кисню на платинових електродах з допомогою спеціально розробленогокоммутаторного методу.Изучалось вплив попередньої анодної і катодного обробки платини й паладію з їхньої каталітичну активність у реакції розкладання перекису водню (>М.Я.Каган).

У 1929 р. Є.І.Шпитальский був обраний членом-кореспондентом Академії наук СРСР у тому року його наукова діяльність обірвалася: він засудили за справою Промпартії.

Із пізніх робіт, проведені вже після створення 1929 року кафедри фізичної хімії, особливо треба сказати дослідженняН.И.Кобозева іН.И.Некрасова за механізмом електрохімічного виділення водню на металах (1930 р.). У роботі було вперше зазначено в ролі енергії зв'язкуадсорбированних атомів водню з металом у цьому.Н.И.Кобозев іВ.В.Монбланова вперше використалиелектрохимическую осередок, розділенупалладиевой мембраною, на дослідження дифузії атомарної водню через паладій.

Аналізуючи вплив природи металу на швидкість електрохімічного виділення водню,Н.И.Кобозев іВ.В.Монбланова запровадили поняття проелектрокатализе як явище прискоренняелектродной реакції внаслідокадсорбционного взаємодії реагенту чиинтермедиата з металом електрода.

Отже, до початку30х років кафедрі фізичної хімії роботи з електрохімії проводилися досить інтенсивно, що призвело до появи спеціалізації по електрохімії.

У 1930 р. лабораторію технічної електрохімії МДУ очоливА.Н.Фрумкин (1895–1976) — автор фундаментальних експериментальних і теоретичних робіт зравновесним властивостями заряджених міжфазних кордонів, блискуче освічений учений світового класу, роботи якого, попри молодість автора, стояли щодо одного ряду зНернста,Липпмана,Ленгмюра. 1932-го р. він був обраний дійсним членом Академії наук СРСР. Під керуванням академіка Фрумкіна лабораторія технічної електрохімії перетворилася на 1933 року у кафедру електрохімії. У цей час найближчими співробітникамиА.Н.Фрумкина в МДУ булиЗ.А.Иофа і А.І.Шлигин, які працювали у області електрохімії як співробітники кафедри фізичної хімії.А.Н.Фрумкин керував кафедрою до 1976 р.; з 1976 по 1998 рр. кафедру очолював проф.Б.Б.Дамаскин, і з листопада 1998 р. кафедрою завідує проф.О.А.Петрий.

1.2. СТРУКТУРАЭЛЕКТРООСАЖДЕННЫХМЕТАЛЛОВ

 

Роль структури електролітичних опадів вгальванотехнике

Структураелектроосажденних металів одна із істотних ознак, визначальних нормальний перебіг, а деяких випадках і принципову можливість проведення електрометалургійного процесу. Проте між процесами електролітичного рафінування металів чи осадження металів з нерозчиннимианодами, з одного боку, і процесами отримання покриття, з іншого, з погляду ролі структури є принципова відмінність. У у перших двох випадках доводиться насамперед рахуватися з витратою електричної енергії. У цій ознакою і вибирають склад електроліту, режим та інші умови процесу. Структура металу приелектролитическомрафинировании їх грає підпорядковану роль, позаяк у вона найчастішеосаждающийся метал піддається переплавлянню; достатньо цього отримувати щільні, неосипающиеся з катодного поверхні опади. Важливо також, щоб у катоді не виростали довгі кристали, які можуть викликати короткі замикання. Приелектроосаждении цинку, наприклад, доводиться порівняно часто змінювати катоди також із міркувань погіршення якості металу (в структурному відношенні) у його нарощування.

Угальванотехнике структура осаду грає домінуючу роль процесі. Витрата електричної енергії не відбивається скільки-небудь помітить) на загальної вартості процесу покриття, отже вибирають інший електроліт, який має найменшимомическим опором, а той, що дозволяє отримати кращі у структурному відношенні опади. Вартість самого електроліту допускається вищої, ніж уелектрометаллургических процесах. Крім складу самого електроліту й інші умови процесу також підбирають з тим метою, що вони забезпечували отримання опадів щільних,мелкокристаллических, а деяких навіть блискучих.

А у тому, такі вимоги є обов'язковими при декоративних покриттях, треба сказати, що навіть у разі осадженняелектроотрицательних стосовно залозу металів, наприклад цинку чи кадмію, хімічна стійкість захищеного металу то вище, ніж щільніше і дрібніший від структураелектроосажденного металу. Ще великій ролі структура покриття грає при осадженні металів,електроположительних стосовно основному металу, наприклад присвинцевании чилужении заліза. Як нижче буде показано, механічні властивості покриттів також у залежить від своїх структури. З цих причин ми докладно зупинимося на чинниках, впливають у тому чи іншою мірою на структуруелектроосажденних металів.

Виділення металів на катоді сприймається як процес кристалізації. Остання відбувається у стадії: освіту центрів кристалізації (освіту зародків) і зростання які утворилися центрів кристалізації. Кожен з цих двох процесів протікає з певною швидкістю, і залежно та умовами електролізу (температури, щільності струму, перемішування), природиосаждающегося металу і розчинника, наявності домішок велектролите тощо. буд. переважає той інший процес, у зв'язку з ніж виходить та чи інша структура металу. Кількість які виникають в одиницю часу кристалів можна як рівнодіючу відносних схильностейразряжающихся іонів до утворення нових зародків та зростання існуючих кристалів.

Угальванотехнике представляють цінність лише рівномірнімелкокристаллические опади. Такі метали, як залізо, кобальт, нікель, кристалізуються з розчинів своїх простих солей, особливо в низьких температурах, якмелкокристаллических, блискучих, майже дзеркальних опадів. Найближчі докатоду верстви настількимелкокристаллични, що вони повністю відтворюють форму металевої поверхні. Деякі метали (мідь, цинк, сурма, вісмут) при, умовах, хоч і дають більш грубу структуру, проте утворюють щільні суцільні опади, по крайнього заходу в тонких шарах. Лише з мері потовщення осаду починається, насамперед берегах і кутках катода (де спостерігається велика щільність струму), освітудендритообразних опадів чи наростів. Тим більше що такі метали, як свинець — вуксуснокислом чиазотнокислом розчині, олово — всернокислом чихлористом розчині, за відсутності спеціальних добавок неможливо знайтиосаждени як щільногомелкозернистого осаду. Окремі кристали виростають у напрямку до аноду й у короткий термін можуть досягти довжини на кілька сантиметрів, викликаючи коротке замикання. При осадженні срібла з розчинів простих солей також переважає зростання кристалів над швидкістю освіти центрів кристалізації. Золото і платина в розчинах простих солей виділяються на катоді як порошкоподібних опадів.

Попри вказані особливості природи металу, ми маємо нині значною кількістю даних, дозволяють вести процеселектроосаждения в такий спосіб, щоб структура покриття відповідала своєму призначенню. Власне кажучи, кожному за процесу необхідно дотримуватися певні умови, і спільні становища, у яких ми нижче зупинимося, мають не абсолютне, а відносне значення. Не можна, наприклад, сказати, що й підвищена щільність струму чи знижена температура сприяє отриманнюмелкокристаллических опадів, можна завжди однаковою мірою підвищувати щільність струму чи знижувати температуру. Проте, враховуючи особливості кожної конкретної випадку, можна сказати наперед, у напрямі може вплинути таке-то зміна складу електроліту чи вибір самого електроліту, як, наприклад, підвищення щільності струму чи температури, перемішування тощо. буд. І тому потрібно ближче ознайомитися з процесом освіти металевого покриття при електролізі.

>Электрохимия є розділом науки, що вивчає взаємодія іонів (електрично заряджених частинок речовини, які виникають у разі втрати чи приєднання електронів) в електролітах і явища за українсько-словацьким кордоном між поверхнями твердих струмопровідних тіл (електродів) і електролітом.

 

1.3.ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕПРОЦЕССЫ – ОСНОВАЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГІЙ

 

Загальні поняття

Технологія – наука про ремеслах, про виробництві.Электрохимические технології (>ЭХТ) різноманітні і може бути для полегшення ознайомлення із нею розбиті на цілий ряд розділів відповідно до обраним класифікаційним ознакою. Наприклад, відповідно до природою вироблених продуктів чи послуг. З розвитком електрохімічних технологій змінювалися утримання і масштаби використання розділів. У в основі всіх електрохімічних технологій лежать електрохімічні процеси в електрохімічних системах межахелектрод-електролит (міжфазних межах). Вони характеризуються, як та інші хімічні процеситермодинамическими ікинетическими параметрами.

Сучасний етап розвитку електрохімії міжфазних кордонів як науки характеризується, як відзначають >специалисти1 як відфеноменологических домолекулярним підходам. У цьому деталізаціяфеноменологических підходів відіграє в «>состиковке» розрахунків й теоретичних прогнозів молекулярного рівня з експериментом. Вирізняють такі центральні проблеми:

- Розробка молекулярних моделей будівлі міжфазних меж упорядкування і адсорбційних верств.

- Теоретичне письмо речей та молекулярне моделювання елементарних стадій перенесення заряджених частинок черезмежфазние кордону.

- Встановлення кінетики і творення механізмівелектрокаталитических процесів й створення моделей, які враховують молекулярне будова адсорбційних верств.

- Розвитокфеноменологических і мікроскопічних поглядів на механізмах освіти і зростання нових фаз ікоррозионно-електрохимических явищ.

- Створення теоретичних основ електрохімічних методів отримання матеріалів із наперед заданими (>нано)структурой і властивостями й визначення принципів функціонування таких матеріалів. Виявлення специфічних особливостей електрохімічних явищ в нанорозмірних системах.

- Удосконалення поглядів на складнихстадийнихелектродних процесах з урахуванням прямого спостереження їхинтермедиатов і нових рішеньмакрокинетических завдань.

Більшість сформульованих вище фундаментальних проблем існувало в електрохімії міжфазних кордонів протягом 30-50 років, і його сучасний етап характеризується лише зміщенням деяких акцентів. У той самий час формулюваннямнаноелектрохимических труднощів і завдань наука цілковито завдячує прогресу протягом останнього десятиліття.

Досягнення електрохімічної науки визначають сучасний стан та напрями вдосконаленняЭХТ.

>Электрохимические технології – це технологічні процеси, використовувані у виробництві товарів та послуг, основу яких вмостилися електрохімічні процеси.

До основним групамЭХТ ставляться:

· електрохімічна енергетика;

· електрохімічна металургія;

· електрохімічні технології хімічних товарних продуктів;

· електрохімічні технології у виробництві виробів і інструмента у машинобудуванні і приладобудуванні;

· електрохімічні технології, використовувані захисту від корозії об'єктів техніки;

· електрохімічнасенсорика;

· електрохімічні технології у охороні здоров'я;

· електрохімічні технології харчової води.

Деякі з класів сучасних електрохімічних технологій у найзагальніших рисах розглянуті.

Сильні і слабкі сторони електрохімічних технологій

Переваги.

1. За виробництва хімічних продуктів із допомогою електрохімічної технології досягається висока селективність електрохімічних процесів, оскільки процеси окислення і відновлення на електродах протікають з участю електронів (а чи не складних хімічних сполук, у ролі реагентів).

2. У електрохімічних процесах легко змінюється потенціал зміною струму, викликаного через електрод, досягаючи таких значеньокислительно-восстановительного потенціалу, які створюють унікальні змогу процесів окислення і відновлення.

3. З використанням діафрагм чи іонообмінних мембран велектролизерах виявляється можливим одночасно отримувати кілька чистих продуктів (наприклад, при електролізі розчинуNaCl отримуютьCl2, H2 і луг).

Недоліки.

1. Великий витрати, яка витрачається на електрохімічні перетворення.

>2.Относительно невисока продуктивність електрохімічних процесів (гетерогенних процесів, що протікають за українсько-словацьким кордономелектрод-раствор). Через війну мають місце щодо високі капітальні видатки устаткування, будинку. Нині знайшли широке застосування пористі електроди, дозволяють приймати значно більшу удільні поверхні, у яких здійснюються електрохімічні реакції. Це дозволяє підвищити продуктивність електрохімічних пристроїв рахунок підвищення щільності струму, у випадку, шляхом значного підвищення «>амперной навантаження» на одиницю виробничої площі. У загальній оцінці внеску до економікуЭХТ треба сказати, що тільки вартість хлору і луги, вироблених електроліз, становить близько 20 % загальної вартості продукції хімічної промисловості. Загальна потужністьХИТов, що є одночасно у експлуатації, перевищує потужність всіх електростанцій світу. З екологічної погляду електрохімічні виробництва характеризуються дуже токсичними продуктами (>Cl2 і >F2) та використанням у виробництві сильно токсичних речовин: ртуть як електрода, азбест якдиафрагменного матеріалу тощо. Тож питання охорони праці та техніка безпеки дуже важливі!Электрохимический об'єкт - це основний елемент електрохімічної технології. Об'єкт може належати до класу штучних чи природних електрохімічних об'єктів. Може бути об'єкти, є проміжними. Штучні об'єкти – це електрохімічні устрою, природні –коррозионние процеси. До проміжним можна віднестибезелектролизние об'єкти (функціонуючі без зовнішнього струму), у яких які відбуваються лежить на поверхні технічних об'єктів самовільні окислювально-відновні процеси. Сюди відносять процеси хімічної металізації, травлення,оксидирования,фосфатирования,хроматирования,

>пассивирования,активирования металів й інші технологічні прийоми. Вони протікають спонтанно без зовнішнього струму, але умови оптимального перебігу створюються штучно.

У окремих випадках герметичністьЭХУ потрібна у тому, щоб електроліти не взаємодіяли із зовнішнього середовищем. З допомогоюштуцеров 13 і 14 пристрій може входитимуть у гідравлічну схему (постійно чи тимчасово)

 



>Рис.

Страница 1 из 5 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація