Айнымалы токпен поляризацияланған жездің еру кинетикасын зерттеу
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1 МЫС ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰЙМАЛАРЫНЫҢ ФИЗИКА . ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1 Мыс негізіндегі құймалардың физика.химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ...
1.2 Жездің электрохимиялық қасиеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Мыс пен мырыштың физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.4 Мыс пен мырыштың электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.5 Электрохимиялық кинетика жөнінде түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР ... ... ... ... ... .
2.1 Стационарлы емес ток режиміндегі үрдістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Стационарлы емес токпен поляризациялаған электродтардағы электрохимиялық реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 ТӘЖІРИБЕ ӘДІСТЕМЕСІ ЖӘНЕ ОРЫНДАЛУ ТЕХНИКАСЫ ... ... ... ... ..
3.1 Айнымалы ток режимінде электролиз жүргізу әдістемесі ... ... ... ... ... ... ...
3.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдер
анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4 СІЛТІЛІ ОРТАДА (КОН) АЙНЫМАЛЫ ТОКПЕН ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНҒАН ЖЕЗ ЭЛЕКТРОДЫНЫҢ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.1 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына титан электродындағы ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4.2 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына осы электродтағы ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4.3 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролит концентрациясының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.4 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролиз ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.5 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына ерітінді температурасының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.6 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына айнымалы ток жиілігінің әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1 МЫС ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰЙМАЛАРЫНЫҢ ФИЗИКА . ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1 Мыс негізіндегі құймалардың физика.химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ...
1.2 Жездің электрохимиялық қасиеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Мыс пен мырыштың физика . химиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.4 Мыс пен мырыштың электрохимиялық қасиеттері ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.5 Электрохимиялық кинетика жөнінде түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР ... ... ... ... ... .
2.1 Стационарлы емес ток режиміндегі үрдістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Стационарлы емес токпен поляризациялаған электродтардағы электрохимиялық реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 ТӘЖІРИБЕ ӘДІСТЕМЕСІ ЖӘНЕ ОРЫНДАЛУ ТЕХНИКАСЫ ... ... ... ... ..
3.1 Айнымалы ток режимінде электролиз жүргізу әдістемесі ... ... ... ... ... ... ...
3.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдер
анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4 СІЛТІЛІ ОРТАДА (КОН) АЙНЫМАЛЫ ТОКПЕН ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНҒАН ЖЕЗ ЭЛЕКТРОДЫНЫҢ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.1 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына титан электродындағы ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4.2 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына осы электродтағы ток тығыздығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4.3 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролит концентрациясының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.4 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролиз ұзақтығының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.5 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына ерітінді температурасының әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.6 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына айнымалы ток жиілігінің әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
КІРІСПЕ
Қазіргі уақытта жез қалдықтарын өңдеу, оларды екіншілік шикізат ретінде пайдалану, олардан бағалы компоненттерді бөліп алудың экологиялық тиімді әдістерін жасау мәселелері өте өзекті. Өндірістік қалдықтардың басқа түрлеріне қарағанда мыс негізіндегі құйма қалдықтары қымбат шикізат болып табылады, себебі оларда пайдалы компоненттердің үлкен қоры жинақталған [1].
Олар өздерінің механикалық қасиетері жағынан кейбір жоғары маркалы болаттан артық болып келеді. Осындай бағалы физика-химиялық қасиеттерінің арқасында, мыс негізіндегі құймалар өндіріс пен техниканың әртүрлі салаларында: химия өнеркәсібінде, электротехникада, машиналардың негізгі бөлшектерін, құрал-саймандарды және радиоаппаратураны жасауда және коррозиялық агрессивті орталарда кең қолданылады [2].
Көп қолданылып жүрген мыс құймаларының ішінен жез бен қоланы атап өтуге болады. Мыстың мырышпен және басқа металдармен құймалары, коррозиядан арнайы қорғауды қажет етпейтін, беріктігі мыстан артық конструкциялық материалдар болып келеді. Мыстың мырышпен құймасы жез деп аталады да, құрамы бойынша қызыл жез (құрамында 20%-тез аз мырыш болады және ауыр), сары жез (20-50% мырыш болады), ақ жез (50-80% мырыш болады, жеңіл) және арнайы жез (мыс және мырыштың басқа қорғасын, никель, марганец, темір, қалайы және алюминий болады) деп бөлінеді. Мыстың қалайымен құймасы қола деп аталып, құрамына қарай- қалайылы, алюминийлі, фосфорлы және арнайы қола болып бөлінеді: соңғыларының құрамында мыс және қалайыдан басқа алюминий, қорғасын, никель, марганец, темір, кремний, берилий және т.б болады [3].
Қазіргі ғылыми зерттеулерде әртүрлі формадағы айнымалы токты пайдалану электрохимиялық технологиялардың өндірістерінде көп көңіл бөлінеді. Электрохимиялық жүйелерде айнымалы токты қолдану ерітіндідегі әртүрлі электрохимиялық реакциялардың кеңінен жүруіне, электрод-электролит фазаралық шекарасында және жүйедегі электрохимиялық реакциялардың механизмін терең зерттеуге, сонымен қатар, тиімді технологияны ұсынуға мүмкіндік береді.
Мыс негізіндегі құймалардың қолданылуының артуымен, олардың қалдық ретінде қоршаған ортаға түсуі де арта түсуде. Металл құймалары қалдықтарының көптеген мөлшері, әсіресе тұрмыстық қалдықтар қоршаған ортаны ластай отырып, түзілген жерлерінде таралады.
Металдарды қатты құйма қалдықтарынан қорыту – қоршаған ортаға жүктемені төмендететіндіктен, оларды өндірудің маңызды көзі болып табылады. Осыған байланысты, мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын өңдеудің әртүрлі әдістері ұсынылған [4].
Әдетте, мыс және мырыш негізіндегі құйма қалдықтары мен сынықтары құйма жасау үшін шихталық материалдар ретінде немесе қара мыс өндіру үшін қолдыналады. Қара мыс өндірудегі кең тараған технологиялық цикл келесі операциялардан тұрады: шахталақ пеште балқыту, конвертерлерде үру, шағылдырғыш пеште отты рафинирлеу және еритін анодтармен электролиздеу арқылы соңғы рафинирлеу. Электролиттік рафинирлеуден өткен қара мыстың сапасы мен қасиеттері, мыс рудаларынан өңдеп алынған катодтық мыстан кем түспейді.
Жоғарыда аталған мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын заласыздандырудың белгілі әдістері көп сатылы және реагентер шығыны, арнаулы қондырғылар мен жоғары температуралы режимді қажет етеді. Осы технологиялық проблемаларды шешуде, қатты қалдықтарды өндеуде электрохимиялық тәсілдерді қолдану, перспективті сала деп есептеледі. Өндірістік қатты құйма қалдықтарын заласыздандыруда қолданылатын реагенттердің көпшілігі қоршаған орта үшін зиянды болып табылады. Сондықтан, қатты қалдықтарды өңдеуге химиялық әдістер тиімсіз болып табылады. Ал, химиялық ток көздері қоршаған ортаны ластамайтын және экономикалық тиімді энергия көздері болып табылады. Электрохимиялық әдісті қолдану - қатты құйма қалдықтарының әркелкі түрлерін өңдеуге және технологиялық схеманың жеңілдеуіне мүмкіндік береді.
Қазіргі кезде, қатты құйма қалдықтарын стацонарлы емес режимдегі ток түрлерін қолдану арқылы өңдеу, үлкен қызығушылық тудырып отыр. Бұл тәсілді қолдану - таза металдар немесе олардың қосылыстарын алуға, процестің реагентсіз болуы, қалдықсыз технологиялық процестер құруға мүмкіндік тудырады [5].
Жұмыстың мақсаты – айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі жез электродының сілтілі ортадағы электрохимиялық еру ерекшелігін зерттеу.
Жұмыстың мақсатына сәйкес келесі міндеттерді шешу көзделінді:
1. Жез электродының еруіне титан және жез электродтарындағы ток тығыздықтарының әсерлерін зерттеу.
2. Жез электродының еруіне электролит концентрациясының әсерін зерттеу.
3. Жез электродының еруіне электролиз ұзақтығының әсерін зерттеу.
4. Жез электродының еруіне ерітінді температурасының әсерін зерттеу.
5. Жез электродының еруіне айнымалы ток жиілігінің әсерін зерттеу.
Зерттеу жұмыстары Қ.А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті Жаратылыстану және медицина институтының экология және химия кафедрасының ғылыми зерттеу лабораториясында жүргізілді. Ұсынылған тақырып үшін, зерттеуді жүргізу кезінде методикалық әдістерді игеруде және олардың нәтижелерін талқылауда көрсетілген бағалы көмектері үшін дипломдық жетекшім х.ғ.к., доцент м.а. Р.Н.Нұрділлаеваға үлкен алғысымды білдіремін.
Қазіргі уақытта жез қалдықтарын өңдеу, оларды екіншілік шикізат ретінде пайдалану, олардан бағалы компоненттерді бөліп алудың экологиялық тиімді әдістерін жасау мәселелері өте өзекті. Өндірістік қалдықтардың басқа түрлеріне қарағанда мыс негізіндегі құйма қалдықтары қымбат шикізат болып табылады, себебі оларда пайдалы компоненттердің үлкен қоры жинақталған [1].
Олар өздерінің механикалық қасиетері жағынан кейбір жоғары маркалы болаттан артық болып келеді. Осындай бағалы физика-химиялық қасиеттерінің арқасында, мыс негізіндегі құймалар өндіріс пен техниканың әртүрлі салаларында: химия өнеркәсібінде, электротехникада, машиналардың негізгі бөлшектерін, құрал-саймандарды және радиоаппаратураны жасауда және коррозиялық агрессивті орталарда кең қолданылады [2].
Көп қолданылып жүрген мыс құймаларының ішінен жез бен қоланы атап өтуге болады. Мыстың мырышпен және басқа металдармен құймалары, коррозиядан арнайы қорғауды қажет етпейтін, беріктігі мыстан артық конструкциялық материалдар болып келеді. Мыстың мырышпен құймасы жез деп аталады да, құрамы бойынша қызыл жез (құрамында 20%-тез аз мырыш болады және ауыр), сары жез (20-50% мырыш болады), ақ жез (50-80% мырыш болады, жеңіл) және арнайы жез (мыс және мырыштың басқа қорғасын, никель, марганец, темір, қалайы және алюминий болады) деп бөлінеді. Мыстың қалайымен құймасы қола деп аталып, құрамына қарай- қалайылы, алюминийлі, фосфорлы және арнайы қола болып бөлінеді: соңғыларының құрамында мыс және қалайыдан басқа алюминий, қорғасын, никель, марганец, темір, кремний, берилий және т.б болады [3].
Қазіргі ғылыми зерттеулерде әртүрлі формадағы айнымалы токты пайдалану электрохимиялық технологиялардың өндірістерінде көп көңіл бөлінеді. Электрохимиялық жүйелерде айнымалы токты қолдану ерітіндідегі әртүрлі электрохимиялық реакциялардың кеңінен жүруіне, электрод-электролит фазаралық шекарасында және жүйедегі электрохимиялық реакциялардың механизмін терең зерттеуге, сонымен қатар, тиімді технологияны ұсынуға мүмкіндік береді.
Мыс негізіндегі құймалардың қолданылуының артуымен, олардың қалдық ретінде қоршаған ортаға түсуі де арта түсуде. Металл құймалары қалдықтарының көптеген мөлшері, әсіресе тұрмыстық қалдықтар қоршаған ортаны ластай отырып, түзілген жерлерінде таралады.
Металдарды қатты құйма қалдықтарынан қорыту – қоршаған ортаға жүктемені төмендететіндіктен, оларды өндірудің маңызды көзі болып табылады. Осыған байланысты, мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын өңдеудің әртүрлі әдістері ұсынылған [4].
Әдетте, мыс және мырыш негізіндегі құйма қалдықтары мен сынықтары құйма жасау үшін шихталық материалдар ретінде немесе қара мыс өндіру үшін қолдыналады. Қара мыс өндірудегі кең тараған технологиялық цикл келесі операциялардан тұрады: шахталақ пеште балқыту, конвертерлерде үру, шағылдырғыш пеште отты рафинирлеу және еритін анодтармен электролиздеу арқылы соңғы рафинирлеу. Электролиттік рафинирлеуден өткен қара мыстың сапасы мен қасиеттері, мыс рудаларынан өңдеп алынған катодтық мыстан кем түспейді.
Жоғарыда аталған мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын заласыздандырудың белгілі әдістері көп сатылы және реагентер шығыны, арнаулы қондырғылар мен жоғары температуралы режимді қажет етеді. Осы технологиялық проблемаларды шешуде, қатты қалдықтарды өндеуде электрохимиялық тәсілдерді қолдану, перспективті сала деп есептеледі. Өндірістік қатты құйма қалдықтарын заласыздандыруда қолданылатын реагенттердің көпшілігі қоршаған орта үшін зиянды болып табылады. Сондықтан, қатты қалдықтарды өңдеуге химиялық әдістер тиімсіз болып табылады. Ал, химиялық ток көздері қоршаған ортаны ластамайтын және экономикалық тиімді энергия көздері болып табылады. Электрохимиялық әдісті қолдану - қатты құйма қалдықтарының әркелкі түрлерін өңдеуге және технологиялық схеманың жеңілдеуіне мүмкіндік береді.
Қазіргі кезде, қатты құйма қалдықтарын стацонарлы емес режимдегі ток түрлерін қолдану арқылы өңдеу, үлкен қызығушылық тудырып отыр. Бұл тәсілді қолдану - таза металдар немесе олардың қосылыстарын алуға, процестің реагентсіз болуы, қалдықсыз технологиялық процестер құруға мүмкіндік тудырады [5].
Жұмыстың мақсаты – айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі жез электродының сілтілі ортадағы электрохимиялық еру ерекшелігін зерттеу.
Жұмыстың мақсатына сәйкес келесі міндеттерді шешу көзделінді:
1. Жез электродының еруіне титан және жез электродтарындағы ток тығыздықтарының әсерлерін зерттеу.
2. Жез электродының еруіне электролит концентрациясының әсерін зерттеу.
3. Жез электродының еруіне электролиз ұзақтығының әсерін зерттеу.
4. Жез электродының еруіне ерітінді температурасының әсерін зерттеу.
5. Жез электродының еруіне айнымалы ток жиілігінің әсерін зерттеу.
Зерттеу жұмыстары Қ.А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті Жаратылыстану және медицина институтының экология және химия кафедрасының ғылыми зерттеу лабораториясында жүргізілді. Ұсынылған тақырып үшін, зерттеуді жүргізу кезінде методикалық әдістерді игеруде және олардың нәтижелерін талқылауда көрсетілген бағалы көмектері үшін дипломдық жетекшім х.ғ.к., доцент м.а. Р.Н.Нұрділлаеваға үлкен алғысымды білдіремін.
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
1.Бобович Б.Б., Девяткин В.В.Переработка отходов производства и потребления; Справочное издание. Под. ред. докт. техн. наук, проф. Б.Б. Бобовича-М.: Интермет инженеринг, 200. - С. 9-10.
2.Захаров А.М. Промышленные сплавы цветных металлов.- М.: Металлургия, 1980. - 256 с.
3. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. –М. Мир, Т. 2, 1971, - 560 с.
4. Базеливский В.М.,Истин М.А.,Барташев И. Л.,Любалина С.Л., Резник И.Л., Вторичные цветные металлы. /Справочник. Ч. III. Металлургия меди и свинца.- М: Металлургиздат, 1957. – 544 с.
5.Нұрділлаева Р.Н., Баешов А.Б. Айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі латунь электродының электрохимиялық қасиеті.// Яссауи Хабаршысы,- Түркістан, N 4-5, 2001- С. 177-182.
6.Гуляев. А.П. Металловедение. –М.:Оборонгиз, 1963. –С.427-430.
7. Металловедение и технология металлов. Под научной редакцией докт. техн.наук., проф.Ю.П.Солнцева. Москва, «Металлургия»,1988. С. 236-241.
7. Глинка Н.Л. Общая химия, -Л.: химия, 1980, - 720 с.
8.В.И.Ларин, Э.Б.Хоботова, М.А.Добриян, В.В.Даценко. Электрохимическое поведение латуни Л-62 в растворах различного состава // Вестник Харковского национального университета -2001.- №33. - Серия хим. 8(31), С.115-118
9. М.В.Рылкина, А.Ю.Чиканова, С.М.Решетников. Влияние нитрилотриуксусной кислоты на электрохимическое поведение меди в перхлоратных растворах // Зашита металлов.- 1997. –Т.33, №5.-С.498-502.
10.ЛевинА.И.Теоретические основы электрохимии.М.:Металлургиздат,1972.- 544с.
11.Лосев В.В., Скрибный Л.Е., Молодов А.И. Электрохимия. 2. №12, 1966, С.1431.
12. Глинка Н.Л. Общая химия, -Л.: химия, 1980, - 720 с.
13. Химическая технология неорганических веществ.:Москва«Высш. школа». 2002. Под ред. академика АНТ. РТ профессора Т.Г. Ахметова.-С. 154-199
14. Бірімжанов Б.А. Жалпы химия: Алматы: ҚМҰУ, 2001. -744 бет. 525-531бб.
15. Проскуркин Е.В., Попович В.А., Мороз А.Т. Цинкование Справочник. М.: "Металлургия"1988.- С.10-23
16. Прикладная электрохимия / Под ред. А. П. Томилова.-М. : Химия, 1984. -520с.
17. Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. – Л. : Химия, 1964. – Т.3.-1008с.
18. Латимер В. М.: Окислительное состояние элементов и их потенциалы в водных растворах – М. : Иносранная литература, 1954. – С. 187-189.
19. Рылкина М.В., Селезнева Ю.Г., Решетников С. М. Анодное поведение Cu-Zn-сплавов в перхорадных средах // Защита металов. – 2000.- Т. 36, №5.-С. 494-500.
20. Федотьев Н.П. , Алабышев А.Ф. , Ротинян А.П. и др. Прикладная электрохимия.- Л. : Химия , 1967.-600с.
21. Симонова М.В., Ротинян А.А. Стадийные реакции в электрохимической кинетике // Успехи химии .- 1965. –Т25, №5. С.734.
22. Овчинникова С.Н., Александрова Т.П., Вайс А.А. Исследование электрохимического поведения меди в кислых хлоридных растворах методами кварцевой микрогравиметрии и вольтампериметрии // Электрохимия.- 2004.- Т.40, №7.- С. 866-871.
23. Алтухов В.К., Введенский А.В. и др. Влияние консентрции хлорид-ионов на кинетику анодного растворения меди // Изв. ВУЗов. Серия хим. и химич. технология. –1972. – Вып. 15, №11.-С. 1752-1754.
24. Баешов А., Борова Е.И., Журинов М.Ж. Получение порошка меди переменном током из сернокислых растворов // В кн.: Сб. Работ по химии.- Алма-Ата, 1988.-Вып.11.-С. 127-132.
25. Львов А.А., Фортунатов А.В. Электрохимическое окисление меди и ее сплавов. Сообщение о механизме электрохимического оброзования окиси медии в горячих концентрированных растворах гидроксида натрия // Ученые записки Саратовского университета. – 1962.-Т. 75, №2.-С. 122-124.
26. Милютин Н.Н. Электрохимическое поведение меди в щелочных растворах // Журн. Прикл. Химии. 1962.-Т. 35, №6.-С. 122-128.
27. Баешов А., Баешова А.К., Бейбитова А.Д. Поведение медии и ее окиссленных соединений в растворах гидроксидов лития, натрия и калия // Щелочная металлургия цветных металов.- Алматы, 1981. -С. 195.
28. Holloday I.S. The anodic behavior of copper in caustic soda solutions // Trans Faraday Soc. – 1954. – Vol. 50, №2. – P. 171-178.
29. Букетов Е.А., Макаров Г.В., Баешов А. и др. Об электрохимическом поведении меди в сернокислых растворах // Рефераты докл. и сообщений ХІ Менделеевского съезда по общей химии и прикладной химии. - М.: Наука, 1975. – С. 235-236.
30. Асанкулова Э., Баешов А. Электрохимическое поведение меди в солянокислым растворе при поляризации переменным током // Поиск. – 2002. -№3 - С.7-11.
31. Жылысбаева Г.Н., Баешов А., Баешова А.К., Журинов М.Ж. Исследование электродных процессов формирования медного порошка при переменным током // Комплексное использование минерального сырья.- Алматы, 1997.- № 1.-С.40-42.
32. Подгорнова Л. П., Кузнецов Ю.И., Гаврилова С.В. Орастворении меди и цинка в фосфатных растворах // Защита металлов. – 2003. – Т.39, №4. – С. 357-366.
33. Б.Б.Дамаскин, О.А. Петрий. Электрохимия: М.: Высш. Шк. 1987. 295с.
34. Қазақ ұлттық энциклопедиясы. I том. 141-142 б.б.
35. Шульгин Л.П. Электрохимическиепроцесы на переменном токе, М.:Наука, 1975- 39с.
36.Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного тока. –М: Наука, 1973. -128с.
37. Озеров А.М., Кривцов А.К., Хамитев В.А. Нестационарный электролиз. –Волгоград, Нижеволжская, 1972. -160с.
38. Ваграмян А.Т., Соловьева З.А. Методы исследования процессов электроосаждение металлов. –М.: Изд. АН СССР. 1960.
39. Костин Ж.А., Кублановский В.С., Заблудововский В.А. Импульский электролиз. –Киев.: Наукова думка, 1989. -67с.
40. Баешов А., Джунисбеков М.М., Баешова А.К., Жарменов А.А. Исследование растворения хрома в водных растворах при поляризации нессиметричным переменным током // Промышленность Казахстана. – 2001.- №1 (4). – С. 113-116.
41. Баешов А., Баешова А.К., Сарбаева Г.Т., Жылысбаева Г. Н. Электрохимическое поведение меди, алюминия и свинца в водных растворах при поляризации переменным током // Науука и техналогия: сб. Науч. Тр. ЮКГУ – Шымкепт, 1993. - С.332-325.
42.Скиртымонская В.И О влиянии наложенного переменного тока на электроосаждение цинка имеди. // Журнал прикл. Химии. -1937, 10, №4. –С.617-637.
43. Мохов А.Г., Карнаев Н.А., Рябин В.А., Сычев Г.А. и др. Поведение меди в серной кислоте при наложении переменного тока. // Электрохимия. – 1984. 20, 106. С. 1361.
44. Баешова С.А., Баешов А. Электрохимическое растворение молибдена в сернокислом растворе при поляризации переменным током // Химический журнал Казахстана. – 2004. Т. 1. –С. 74-79.
45. Изтлеуов Г.М., Баешов А., Баешова А.К., Титанның күкірт қышқылы ерітіндісінде стационарлы емес токпен поляризациалау кезіндегі еруін зерттеу // Оңтүстік Қазақстан Ғылымы мен білімі. – 2001. -№23. -5-9 бб.
46. Нұрділлаева Р.Н. Cu-Zn құймаларының анодтық поляризация кезіндегі еру ерекшеліктері. Қ.А. Ясауи атындағы ХҚТУ хабаршысы. Жаратылыстану ғылымдар сериясы – 2008. - №1 (61) – 126-132 бб.
47. Баешов А.Б., Нұрділлаева Р.Н. Жездің натрий хлориді ерітіндісіндегі электрохимиялық еру кинетикасы мен механизмі. ҚР Ұлттық ғылым академиясының Хабарлары. Химия сериясы. – 2007 - №5 (365). – 77-80 бб.
48. Васильев В.П. Аналитическая химия. В. 2 ч. Ч1. Гравиметрические и титиметрические методы анализа. М.: Высш. шк. 1989. -320с.
1.Бобович Б.Б., Девяткин В.В.Переработка отходов производства и потребления; Справочное издание. Под. ред. докт. техн. наук, проф. Б.Б. Бобовича-М.: Интермет инженеринг, 200. - С. 9-10.
2.Захаров А.М. Промышленные сплавы цветных металлов.- М.: Металлургия, 1980. - 256 с.
3. Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. –М. Мир, Т. 2, 1971, - 560 с.
4. Базеливский В.М.,Истин М.А.,Барташев И. Л.,Любалина С.Л., Резник И.Л., Вторичные цветные металлы. /Справочник. Ч. III. Металлургия меди и свинца.- М: Металлургиздат, 1957. – 544 с.
5.Нұрділлаева Р.Н., Баешов А.Б. Айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі латунь электродының электрохимиялық қасиеті.// Яссауи Хабаршысы,- Түркістан, N 4-5, 2001- С. 177-182.
6.Гуляев. А.П. Металловедение. –М.:Оборонгиз, 1963. –С.427-430.
7. Металловедение и технология металлов. Под научной редакцией докт. техн.наук., проф.Ю.П.Солнцева. Москва, «Металлургия»,1988. С. 236-241.
7. Глинка Н.Л. Общая химия, -Л.: химия, 1980, - 720 с.
8.В.И.Ларин, Э.Б.Хоботова, М.А.Добриян, В.В.Даценко. Электрохимическое поведение латуни Л-62 в растворах различного состава // Вестник Харковского национального университета -2001.- №33. - Серия хим. 8(31), С.115-118
9. М.В.Рылкина, А.Ю.Чиканова, С.М.Решетников. Влияние нитрилотриуксусной кислоты на электрохимическое поведение меди в перхлоратных растворах // Зашита металлов.- 1997. –Т.33, №5.-С.498-502.
10.ЛевинА.И.Теоретические основы электрохимии.М.:Металлургиздат,1972.- 544с.
11.Лосев В.В., Скрибный Л.Е., Молодов А.И. Электрохимия. 2. №12, 1966, С.1431.
12. Глинка Н.Л. Общая химия, -Л.: химия, 1980, - 720 с.
13. Химическая технология неорганических веществ.:Москва«Высш. школа». 2002. Под ред. академика АНТ. РТ профессора Т.Г. Ахметова.-С. 154-199
14. Бірімжанов Б.А. Жалпы химия: Алматы: ҚМҰУ, 2001. -744 бет. 525-531бб.
15. Проскуркин Е.В., Попович В.А., Мороз А.Т. Цинкование Справочник. М.: "Металлургия"1988.- С.10-23
16. Прикладная электрохимия / Под ред. А. П. Томилова.-М. : Химия, 1984. -520с.
17. Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. – Л. : Химия, 1964. – Т.3.-1008с.
18. Латимер В. М.: Окислительное состояние элементов и их потенциалы в водных растворах – М. : Иносранная литература, 1954. – С. 187-189.
19. Рылкина М.В., Селезнева Ю.Г., Решетников С. М. Анодное поведение Cu-Zn-сплавов в перхорадных средах // Защита металов. – 2000.- Т. 36, №5.-С. 494-500.
20. Федотьев Н.П. , Алабышев А.Ф. , Ротинян А.П. и др. Прикладная электрохимия.- Л. : Химия , 1967.-600с.
21. Симонова М.В., Ротинян А.А. Стадийные реакции в электрохимической кинетике // Успехи химии .- 1965. –Т25, №5. С.734.
22. Овчинникова С.Н., Александрова Т.П., Вайс А.А. Исследование электрохимического поведения меди в кислых хлоридных растворах методами кварцевой микрогравиметрии и вольтампериметрии // Электрохимия.- 2004.- Т.40, №7.- С. 866-871.
23. Алтухов В.К., Введенский А.В. и др. Влияние консентрции хлорид-ионов на кинетику анодного растворения меди // Изв. ВУЗов. Серия хим. и химич. технология. –1972. – Вып. 15, №11.-С. 1752-1754.
24. Баешов А., Борова Е.И., Журинов М.Ж. Получение порошка меди переменном током из сернокислых растворов // В кн.: Сб. Работ по химии.- Алма-Ата, 1988.-Вып.11.-С. 127-132.
25. Львов А.А., Фортунатов А.В. Электрохимическое окисление меди и ее сплавов. Сообщение о механизме электрохимического оброзования окиси медии в горячих концентрированных растворах гидроксида натрия // Ученые записки Саратовского университета. – 1962.-Т. 75, №2.-С. 122-124.
26. Милютин Н.Н. Электрохимическое поведение меди в щелочных растворах // Журн. Прикл. Химии. 1962.-Т. 35, №6.-С. 122-128.
27. Баешов А., Баешова А.К., Бейбитова А.Д. Поведение медии и ее окиссленных соединений в растворах гидроксидов лития, натрия и калия // Щелочная металлургия цветных металов.- Алматы, 1981. -С. 195.
28. Holloday I.S. The anodic behavior of copper in caustic soda solutions // Trans Faraday Soc. – 1954. – Vol. 50, №2. – P. 171-178.
29. Букетов Е.А., Макаров Г.В., Баешов А. и др. Об электрохимическом поведении меди в сернокислых растворах // Рефераты докл. и сообщений ХІ Менделеевского съезда по общей химии и прикладной химии. - М.: Наука, 1975. – С. 235-236.
30. Асанкулова Э., Баешов А. Электрохимическое поведение меди в солянокислым растворе при поляризации переменным током // Поиск. – 2002. -№3 - С.7-11.
31. Жылысбаева Г.Н., Баешов А., Баешова А.К., Журинов М.Ж. Исследование электродных процессов формирования медного порошка при переменным током // Комплексное использование минерального сырья.- Алматы, 1997.- № 1.-С.40-42.
32. Подгорнова Л. П., Кузнецов Ю.И., Гаврилова С.В. Орастворении меди и цинка в фосфатных растворах // Защита металлов. – 2003. – Т.39, №4. – С. 357-366.
33. Б.Б.Дамаскин, О.А. Петрий. Электрохимия: М.: Высш. Шк. 1987. 295с.
34. Қазақ ұлттық энциклопедиясы. I том. 141-142 б.б.
35. Шульгин Л.П. Электрохимическиепроцесы на переменном токе, М.:Наука, 1975- 39с.
36.Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного тока. –М: Наука, 1973. -128с.
37. Озеров А.М., Кривцов А.К., Хамитев В.А. Нестационарный электролиз. –Волгоград, Нижеволжская, 1972. -160с.
38. Ваграмян А.Т., Соловьева З.А. Методы исследования процессов электроосаждение металлов. –М.: Изд. АН СССР. 1960.
39. Костин Ж.А., Кублановский В.С., Заблудововский В.А. Импульский электролиз. –Киев.: Наукова думка, 1989. -67с.
40. Баешов А., Джунисбеков М.М., Баешова А.К., Жарменов А.А. Исследование растворения хрома в водных растворах при поляризации нессиметричным переменным током // Промышленность Казахстана. – 2001.- №1 (4). – С. 113-116.
41. Баешов А., Баешова А.К., Сарбаева Г.Т., Жылысбаева Г. Н. Электрохимическое поведение меди, алюминия и свинца в водных растворах при поляризации переменным током // Науука и техналогия: сб. Науч. Тр. ЮКГУ – Шымкепт, 1993. - С.332-325.
42.Скиртымонская В.И О влиянии наложенного переменного тока на электроосаждение цинка имеди. // Журнал прикл. Химии. -1937, 10, №4. –С.617-637.
43. Мохов А.Г., Карнаев Н.А., Рябин В.А., Сычев Г.А. и др. Поведение меди в серной кислоте при наложении переменного тока. // Электрохимия. – 1984. 20, 106. С. 1361.
44. Баешова С.А., Баешов А. Электрохимическое растворение молибдена в сернокислом растворе при поляризации переменным током // Химический журнал Казахстана. – 2004. Т. 1. –С. 74-79.
45. Изтлеуов Г.М., Баешов А., Баешова А.К., Титанның күкірт қышқылы ерітіндісінде стационарлы емес токпен поляризациалау кезіндегі еруін зерттеу // Оңтүстік Қазақстан Ғылымы мен білімі. – 2001. -№23. -5-9 бб.
46. Нұрділлаева Р.Н. Cu-Zn құймаларының анодтық поляризация кезіндегі еру ерекшеліктері. Қ.А. Ясауи атындағы ХҚТУ хабаршысы. Жаратылыстану ғылымдар сериясы – 2008. - №1 (61) – 126-132 бб.
47. Баешов А.Б., Нұрділлаева Р.Н. Жездің натрий хлориді ерітіндісіндегі электрохимиялық еру кинетикасы мен механизмі. ҚР Ұлттық ғылым академиясының Хабарлары. Химия сериясы. – 2007 - №5 (365). – 77-80 бб.
48. Васильев В.П. Аналитическая химия. В. 2 ч. Ч1. Гравиметрические и титиметрические методы анализа. М.: Высш. шк. 1989. -320с.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ЖӘНЕ МЕДИЦИНА ИНСТИТУТЫ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ФАКУЛЬТЕТІ
ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ
АЙНЫМАЛЫ ТОКПЕН ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНҒАН ЖЕЗДІҢ ЕРУ КИНЕТИКАСЫН ЗЕРТТЕУ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 МЫС ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰЙМАЛАРЫНЫҢ ФИЗИКА – ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ
ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
.
1.1 Мыс негізіндегі құймалардың физика-химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ...
1.2 Жездің электрохимиялық
қасиеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Мыс пен мырыштың физика – химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ..
1.4 Мыс пен мырыштың электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... .. ..
1.5 Электрохимиялық кинетика жөнінде
түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР ... ... ... ... ... .
2.1 Стационарлы емес ток режиміндегі
үрдістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Стационарлы емес токпен поляризациялаған электродтардағы
электрохимиялық
реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ...
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 ТӘЖІРИБЕ ӘДІСТЕМЕСІ ЖӘНЕ ОРЫНДАЛУ ТЕХНИКАСЫ ... ... ... ... ..
3.1 Айнымалы ток режимінде электролиз жүргізу
әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ..
3.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдер
анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4 СІЛТІЛІ ОРТАДА (КОН) АЙНЫМАЛЫ ТОКПЕН ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНҒАН ЖЕЗ ЭЛЕКТРОДЫНЫҢ
ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ
ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.1 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына титан электродындағы
ток тығыздығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4.2 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына осы электродтағы ток
тығыздығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
4.3 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролит
концентрациясының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .
4.4 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролиз ұзақтығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... .
4.5 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына ерітінді
температурасының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
4.6 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына айнымалы ток жиілігінің
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... .
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
КІРІСПЕ
Қазіргі уақытта жез қалдықтарын өңдеу, оларды екіншілік шикізат ретінде
пайдалану, олардан бағалы компоненттерді бөліп алудың экологиялық тиімді
әдістерін жасау мәселелері өте өзекті. Өндірістік қалдықтардың басқа
түрлеріне қарағанда мыс негізіндегі құйма қалдықтары қымбат шикізат болып
табылады, себебі оларда пайдалы компоненттердің үлкен қоры жинақталған [1].
Олар өздерінің механикалық қасиетері жағынан кейбір жоғары маркалы
болаттан артық болып келеді. Осындай бағалы физика-химиялық қасиеттерінің
арқасында, мыс негізіндегі құймалар өндіріс пен техниканың әртүрлі
салаларында: химия өнеркәсібінде, электротехникада, машиналардың негізгі
бөлшектерін, құрал-саймандарды және радиоаппаратураны жасауда және
коррозиялық агрессивті орталарда кең қолданылады [2].
Көп қолданылып жүрген мыс құймаларының ішінен жез бен қоланы атап өтуге
болады. Мыстың мырышпен және басқа металдармен құймалары, коррозиядан
арнайы қорғауды қажет етпейтін, беріктігі мыстан артық конструкциялық
материалдар болып келеді. Мыстың мырышпен құймасы жез деп аталады да,
құрамы бойынша қызыл жез (құрамында 20%-тез аз мырыш болады және ауыр),
сары жез (20-50% мырыш болады), ақ жез (50-80% мырыш болады, жеңіл) және
арнайы жез (мыс және мырыштың басқа қорғасын, никель, марганец, темір,
қалайы және алюминий болады) деп бөлінеді. Мыстың қалайымен құймасы қола
деп аталып, құрамына қарай- қалайылы, алюминийлі, фосфорлы және арнайы қола
болып бөлінеді: соңғыларының құрамында мыс және қалайыдан басқа алюминий,
қорғасын, никель, марганец, темір, кремний, берилий және т.б болады [3].
Қазіргі ғылыми зерттеулерде әртүрлі формадағы айнымалы токты пайдалану
электрохимиялық технологиялардың өндірістерінде көп көңіл бөлінеді.
Электрохимиялық жүйелерде айнымалы токты қолдану ерітіндідегі әртүрлі
электрохимиялық реакциялардың кеңінен жүруіне, электрод-электролит
фазаралық шекарасында және жүйедегі электрохимиялық реакциялардың
механизмін терең зерттеуге, сонымен қатар, тиімді технологияны ұсынуға
мүмкіндік береді.
Мыс негізіндегі құймалардың қолданылуының артуымен, олардың қалдық
ретінде қоршаған ортаға түсуі де арта түсуде. Металл құймалары
қалдықтарының көптеген мөлшері, әсіресе тұрмыстық қалдықтар қоршаған ортаны
ластай отырып, түзілген жерлерінде таралады.
Металдарды қатты құйма қалдықтарынан қорыту – қоршаған ортаға жүктемені
төмендететіндіктен, оларды өндірудің маңызды көзі болып табылады. Осыған
байланысты, мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын өңдеудің
әртүрлі әдістері ұсынылған [4].
Әдетте, мыс және мырыш негізіндегі құйма қалдықтары мен сынықтары құйма
жасау үшін шихталық материалдар ретінде немесе қара мыс өндіру үшін
қолдыналады. Қара мыс өндірудегі кең тараған технологиялық цикл келесі
операциялардан тұрады: шахталақ пеште балқыту, конвертерлерде үру,
шағылдырғыш пеште отты рафинирлеу және еритін анодтармен электролиздеу
арқылы соңғы рафинирлеу. Электролиттік рафинирлеуден өткен қара мыстың
сапасы мен қасиеттері, мыс рудаларынан өңдеп алынған катодтық мыстан кем
түспейді.
Жоғарыда аталған мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын
заласыздандырудың белгілі әдістері көп сатылы және реагентер шығыны,
арнаулы қондырғылар мен жоғары температуралы режимді қажет етеді. Осы
технологиялық проблемаларды шешуде, қатты қалдықтарды өндеуде
электрохимиялық тәсілдерді қолдану, перспективті сала деп есептеледі.
Өндірістік қатты құйма қалдықтарын заласыздандыруда қолданылатын
реагенттердің көпшілігі қоршаған орта үшін зиянды болып табылады.
Сондықтан, қатты қалдықтарды өңдеуге химиялық әдістер тиімсіз болып
табылады. Ал, химиялық ток көздері қоршаған ортаны ластамайтын және
экономикалық тиімді энергия көздері болып табылады. Электрохимиялық әдісті
қолдану - қатты құйма қалдықтарының әркелкі түрлерін өңдеуге және
технологиялық схеманың жеңілдеуіне мүмкіндік береді.
Қазіргі кезде, қатты құйма қалдықтарын стацонарлы емес режимдегі ток
түрлерін қолдану арқылы өңдеу, үлкен қызығушылық тудырып отыр. Бұл тәсілді
қолдану - таза металдар немесе олардың қосылыстарын алуға, процестің
реагентсіз болуы, қалдықсыз технологиялық процестер құруға мүмкіндік
тудырады [5].
Жұмыстың мақсаты – айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі жез
электродының сілтілі ортадағы электрохимиялық еру ерекшелігін зерттеу.
Жұмыстың мақсатына сәйкес келесі міндеттерді шешу көзделінді:
1. Жез электродының еруіне титан және жез электродтарындағы ток
тығыздықтарының әсерлерін зерттеу.
2. Жез электродының еруіне электролит концентрациясының әсерін зерттеу.
3. Жез электродының еруіне электролиз ұзақтығының әсерін зерттеу.
4. Жез электродының еруіне ерітінді температурасының әсерін зерттеу.
5. Жез электродының еруіне айнымалы ток жиілігінің әсерін зерттеу.
Зерттеу жұмыстары Қ.А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік
университеті Жаратылыстану және медицина институтының экология және химия
кафедрасының ғылыми зерттеу лабораториясында жүргізілді. Ұсынылған тақырып
үшін, зерттеуді жүргізу кезінде методикалық әдістерді игеруде және олардың
нәтижелерін талқылауда көрсетілген бағалы көмектері үшін дипломдық жетекшім
х.ғ.к., доцент м.а. Р.Н.Нұрділлаеваға үлкен алғысымды білдіремін.
1 МЫС ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰЙМАЛАРЫНЫҢ ФИЗИКА - ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ
ҚАСИЕТТЕРІ
1.1 Мыс негізіндегі құймалардың физика-химиялық қасиеттері
Негізгі легирлеуші (қоспасы) элементі мырыш болып табылатын мыстың екі
немесе көп компонентті құймасы жез деп аталады. Cu-Zn жүйесінде алты қатты
ерітінділер түзіледі: (, (, (, (, (, (.
(-мырыштың мыстағы қатты ерітіндісі. Мырыштың мыста еруі бөлме
температурасында 39%-ке тең, 4530С дейін іс жүзінде өзгермейді, ал 9050С-
та 32%-ке кемиді. CuZn қосылысы негізіндегі (-қатты ерітіндісі келесі
электрондық түріндегі (үлгідегі-тип) байланыста болады:
электрондар саны 3
( қатынас ) = ———————— = ──
атомдар саны 2
Оның қарапайым кубтік көлемді центрленген торы бар. Атомдардың ретті
орналасуы тек 453-4700С-тан төмен температураларда сақталады. Одан жоғары
температураларда мыс және мырыш атомдары көлемді центрленген торда
статистикалық түрде орналасады. Атомдары ретпен орналасқан (-қатты
ерітіндісі (’ деп белгіленеді. (-қатты ерітіндісі негізіндегі химиялық
байланыс табиғаты анықталмаған. Бөлме температурасында іс жүзінде
қолданылып жүрген жездер (-кристалдарынан немесе (- және (-кристалдарының
қоспасынан тұрады.
Мырыш құйманың беріктігін және пластикалығын арттырады. Құрамында 30%
Zn бар құйма максимальды пластикалық қасиетке ие. Мырыш мөлшері 39%-ке
жеткенде құйманың пластикалығы күрт төмендейді. (-жез максимальді
беріктікке ((В=42 кГмм2), бірақ жез үшін салыстырмалы түрде төмен
пластикалық қасиетке ((=7%) ие. Сондықтан, атап өтілген кемшіліктерге
(пластикалық қасиеттері төмен) байланысты, тек (- және (+( жездері ғана
емес, сонымен қатар (-жездері де іс жүзінде қолданылмайды. Кең
қолданылатындары (- немесе (+(-құрылымды жездер.
Жез пластикалық деформациялық өңдеуге қолайлы, сондықтан жездерді
жұқартып түрлі формаға келтіріп, түрлі жартылай фабрикаттар жасайды.
Жездердің механикалық беріктігі жоғары емес. (-жездерге келесі
механикалық қасиеттер тән: (В= 30 кГмм2, ( =40%, (+(-жездердің беріктігі
жоғарырақ: (В= 35 кГмм2, бірақ пластикалығы төменірек (=40%.
1-кесте. Жай (-жездердің химиялық құрамы мен механикалық қасиеттері
Жез Элементтер мөлшері, % Механикалық қасиеттері
маркасы
Cu Zn Қоспалар (В, (Т, (, % (, %
мөлшері кГмм2 кГмм2
Л96 95-97 Қал-ға0,2 24 - 50 -
н-дары
Л90 88-91 0,2 26 12 45 80
Л85 84-86 0,3 28 10 45 85
Л80 79-81 0,3 32 12 52 70
Л70 69-72 0,2 32 9,1 55 70
Л68 67-70 0,3 32 9,1 55 70
Л62 60,5-63 0,5 33 11 49 66
,5
Мыспен салыстырғанда жездердің беріктігі, қаттылығы, коррозияға
төзімділігі жоғары және сұйықаққыштық қасиетке ие. Бірфазалы (-жездер
салқын және ыстық деформацияны жақсы қабылдайды. Екіфазалы ((+(’)-жездер
ыстық пластикалық деформацияға ((+()- немесе (-аумақтарындағы
температуралық интервалдарда өңделеді, себебі бұл құймалардың салқын
деформация температурасында пластикалық қасиеті төмен [6-7].
Химиялық қасиеттері. Мыспен салыстырғанда жездердің беріктігі,
қаттылығы, коррозияға төзімділігі жоғары. Сондықтан, жез сумен, тотықтырғыш
емес қышқылдармен әрекеттеспейді. Қышқылдардың ішінен тек сұйытылған және
концентрленген азот қышқылы жезге әсер етеді.
Құрамында 20%-тен жоғары мырыш бар деформацияланған жездер аммиак буы
бар ылғалды ауада шытынауы байқалады.
Құймалардың химиялық бұзылу сипатына олардың кристалдық құрылымы үлкен
әсер етеді. Жездің химиялық қасиетін коррозия теория тұрғысынан сипаттауға
болады, ол мыс пен мырыштың стандартты потенциалдарына, легирлеуші
элементтердің табиғатына және оттегінің әсеріне байланысты болып келеді.
Құрамында 29-30% мырыш бар жездің желіну процесі теңіз суының ұзақ
әсерінен, құйманың барлық беттік ауданында емес және оның барлық көлемінде
біркелкі жүрмейді. Агрессивті ортада құйма құрамындағы еруі таңдамалы түрде
жүреді: ерітіндіге мыс өте қарқынды, ал мырыш баяу өтеді. Құрамында
мырыштың мөлшері одан жоғары ((36%) мыс көп (-қатты ерітіндісі мен мырышы
көп (-қатты ерітінділерінің қоспасынан тұратын екіфазалық құрылымды
жездерде коррозиялық бұзылу басқаша жүреді. Мұнда да теңіз суының әсерінен
жездің мырышсыздануы жүреді, бірақ ең алдымен (-фазасының кристалдарының
бұзылуы басымырақ жүріп, сосын бұзылу (-кристалдарына да таралады [4].
1.2 Жездің электрохимиялық қасиеттері
Л-62 жездің коррозиялық және электрохимиялық қасиеті FeCl3, CuCl2
концентрлі және олардың араласқан ерітінділерінде, сонымен қатар, құрамында
хлоридтер бар органикалық ерітінділер мен олардың сумен араласқан
ерітінділерінде әртүрлі физика-химиялық әдістер негізінде зерттелген. Сулы
ерітінділердегі жездің еруі, металдық мыспен салыстырғанда аз еритіндігі
және жездің еруі ерітіндідегі CuCl2 концентрациясына және құймадағы мыс
компонентінің электрохимиялық қасиетіне тәуелді екені анықталған. Су –
органикалық ерітінді қоспасында жездің еруі катодтық сатымен шектеледі.
Пассивтеуші қосылыстардың табиғаты анықталған: сулы нейтрал ерітінділер
үшін - CuCl, CuOH және ZnO, ал органикалық сулы ерітінділер үшін - Cu (ОН)2
және Zn (ОН)2 [8].
0,1 М NaClO4 ерітіндісінде рН=2,0-9,5 аралығында Cu-Zn-құймаларының
анодтық қасиетіне рН және құймадағы мырыш мөлшерінің әсерлері зерттелген.
Жездің электрохимиялық сипаттамасы гальваностатикалық
хронопотенциограммалар негізінде және катодты және анодты поляризациялық
қисықтар түсіру арқылы зерттелген. Ортаның рН мәнінің өзгерісін ескере
отырып, жездің анодтық еруінің механизмі ұсынылған.
Жездің анодтық еру кинетикасы құймадағы мыстың еруімен анықталады, ал
рН мәні 2,0-3,8 кезінде бұл процесті NaClO4 ерітіндісіндегі мыстың еру
схемасымен сипаттауға болады:
Cu + H2O = (CuOH)адс + H+ + e- (1)
(CuOH)адс ( CuOH+ + e- (2)
CuOH+ + H+ = Cu2+ + H2O (3)
(CuOH)адс + ClO4- = (CuOHClO4)адс + e- (4)
(CuOHClO4)адс + H+ ( Cu2+ + H2O + ClO4- (5)
мұнда, (1) және (4) сатыларын сәйкес ионизация тармақтары шектейді және
олар қатар жүреді. рН 3,8-9,5 аумағында жездің еру жылдамдығының төмендеуі
Cu2O беттік оксидтің түзілуімен байланысты. Анодтық поляризация кезінде,
Cu2O металдық мыстағы секілді ери алады, сондықтан жездің еруі келесі схема
бойынша жүреді:
Cu + H2O = (CuOH)адс + H+ + e- (6)
Cu(CuOH)адс ( (Cu2O)адс + H+ + e- (7)
(Cu2O)адс = Cu(CuO)адс
(8)
(Cu2O)адс + H2O + ClO4- = (CuOHClO4)адс + OH- (9)
(CuOHClO4)адс + H+ ( Cu2+ + H2O + ClO4- (10)
мұнда, жылдамдықты анықтайтын (6) және (8) сатылары да паралель болып
табылады.
ZZn коэффициенті ортаның рН мәніне және жездегі мырыш мөлшеріне
тәуелді. Cu-Zn-құймаларының беттік қабатынан мырыштың таңдамалы еруі ((0,6
с-та өтіп, мырыш атомдарының қатты фазалық диффузиясымен шектелетінін
анықтаған. ( коэффициентінің мәні 1-ге жуық болуы таңдамалы ерудің бастапқы
сатыларында фазалық айналымдардың жоқ екенін көрсетеді. Құймада мырыштың
мөлшерінің артуымен жездің анодтық еруі жоғарылайды. Cu-Zn-құймаларының
анодтық еруінің кинетикалық заңдылықтары, оның еру сипаттамасы мыстың
еруімен анықталады, ал жездің перхлоратты ерітінділердегі анодтық қасиетін
сипаттау үшін мыстың анодтық еру механизмінің схемасын қолдануға болады
[9].
Құймалардың анодтық еруінің механизмдері көрсетілген. Біртекті қатты
ерітінді болып табылатын құймалардың металдық жүйелерінің коррозиялық
тұрақтылық шекарасы секірісінің пайда болуына кинетикалық түсіндірме
берілген. Мыстың тотығу өнімдерінің тотықсыздануымен байланысты жездің
мырышсыздануы мыс пен мырыштың ионизациясының парциалды реакцияларының
химиялық ілесуімен (жүруімен) түсіндірілген. Бірінші реакция бос энергияның
бөлігін вакансия арқылы екіншісіне береді. Осының нәтижесінде мыстың
ионизациялануы таза мыстың тепе-теңдік потенциалына қарағанда терісірек
потенциалдарда мүмкін болады. Осы себептен, жезбен тотыққан мыстың құйма
бетінде өз фазасында мысқа дейін қайтадан тотықсыздануына мүмкіндік туады.
Құймада белгілі бір потенциал ұстап тұрып, тек электрлігі теріс металды
ерітуге болады, ал электрлігі оң металл термодинамикалық тұрақты болады.
Мысалы, егер хлоридті ерітіндіде жезде Cu30Zn (30 ат. % Zn) электродты
потенциал мәнін -0.40 В ұстап тұрса, құймадан тек мырыш еритіндігі
анықталған Құймалардың таңдамалы еруінің өзіне тән ерекшелігі оң
компонентке бай, вакансиялардың жоғары концентрациясына ие беттік қабаттың
пайда болуы. Бұл қабат дефекттерге байланысты тұрақсыз болғанымен
кристалдық құрылымы сақталады. Диффузиялық қабаттың қалыңдығы уақыт бойынша
үздіксіз артады, сондықтан компоненттерінің диффузия жылдамдығы кемиді.
Электрлігі теріс компоненттің тотығуымен байланысты анодты ток құйманың
беттік қабатындағы осы компоненттің диффузиясымен анықталады [10].
Мыс пен жездің анодтық қисықтарының иілімдeрі бірдей, бірақ бір-бірінен
ығысқан. Бұл ығысу, жезде анодтық ток мыстың да, мырыштың да
ионизациялануына жұмсалуымен байланысты. Мыстың парциалды қисығы да теріс
аумаққа ығысқан, ал ол керісінше болу керек. Мұны былай түсіндіруге болады,
жездің таңдамалы еруі барысында мырыштың ионизациясы беттік қабаттың
құрылымының дефектісіне алып келіп, ал бұл оның бос энергиясын
жоғарылатады. Беттік аумақта мыс атомдарының активтілігі артады да,
нәтижесінде мыстың квазитепе-теңдік потенциалы төмендейді. Осы себептен,
коррозия потенциалында немесе жездің анодтық еруі кезінде мыстың тотығу
өнімдерінің өз фазасында мысқа дейін тотықсыздануы жүреді. Жездің мұндай
еруінің соңғы нәтижесі мырыштың еруі мен мыстың құйма бетінде жиналуы болып
табылады [11].
1.3 Мыс пен мырыштың физика-химиялық қасиеттері
Мыс-металдық жылтыры бар қызғылт металл, мыстың жұқа беткі қабаты
жарқырап көгілдір-жасыл түске ие болады. Балқу температурасы 1083,4°С,
қайнау температурасы 2567°С, тығыздығы 8,92г см3 [13]. Мыс ток өткізу және
жылу өткізу жағынан күмістен кейінгі екінші орында. Құрғақ ауада өзгеріске
ұшырамайды, себебі мыстың бетін қаптаған қара түсті үлдір (пленка) оны әрі
қарай тотығудан қорғайды. Бірақ. ылғал және көміртек диоксиді қатысында
мыстың беті жасыл түсті мыстың негіздік корбанатымен Сu(OH)2CO3 қапталады.
Мысты ауада қыздырғанда қара түсті мыстың оксидіне айналады, одан да жоғары
температурада оттегісін жоғалтып мыс тотығына Cu2O айналады.
Жоғары жылу- және электр өткізгіштігіне, коррозияға төзімдігіне
байланысты мыс өндірісте кеңінен қолданылады.
Таза электролиттік мыстың көп бөлігі (барлық мыстың 40%-і)
электрөткізгіштер мен кабельдер жасауда қолданылады. Машина жасау өндірісі
мен электротехникада және т.б өндірісте мыстың басқа металдармен құймасы
кеңінен қолданылады. Олардың маңыздылары: жез (мыстың мырышпен құймасы),
қола (мыстың қалайымен құймасы), нейзильбер (65% мыс, 20% мырыш және 40%
никель) және мельхиор (80% мыс және 20% никель) бұның сыртқы көрінісі
күміске ұқсас келеді және константин (60% мыс және 40% никель)[12].
Мырыш - көгілдір-ақ металл. Балқу температурасы 419,58°С; қайнау
температурасы 906,2°С; тығыздығы 7,133 гсм3.
Мырыш бөлме температурасында морт сынғыш, ал 100-150°С та иілгіш,
созылғыш болып келіп жұқа қабаттарға бөлінеді. Ауамен байланыстағы мырыш
оксидтік жұқа қабатпен қапталып қараяды. Ылғалды ауа әсіресе көміртегі
диоксидімен бірге бөлме температурасында мырышты біртіндеп бұзады. Мырышты
ауада қыздырғанда жанып, мырыш оксидін түзеді [13].
Мыс және мырыштың кейбір физикалық қасиеттері 5-кестеде келтірілген.
5-кесте. Мыс және мырыштың кейбір физикалық қасиеттері[14].
Элемент Атом , Tбалқу, Тқайнау,Ион Қаттылығы Жылу
радиусы,гсм3 °С °С радиусы, (Моос өткізгішті
нм нм шкаласы ) гі (Нg=1)
Cu 0,128 896 1083 2543 0,098 3 46,2
(Э+)
Zn 0,139 7,13 419,5 906 0,083(Э2+2,5 13
)
Мыс оттегімен, күкіртпен, галогендермен және басқа да элементтермен
өздігімен әрекеттескенімен химиялық жағынан мысты азактивті металдар
қатарына жатқызады. Кернеу қатарында суктектен кейін орналасқандықтан мыс
қышқылдан оның құрамындағы сутегісін ығыстырып шығара алмайды. Сондықтан,
тұз және сұйытылған күкірт қышқылдары мыспен өздігімен әрекеттесе алмайды.
Алайда ауадағы оттегі қатысында мыс аталған қышқылдармен әрекеттесіп сәйкес
тұздарын түзеді.
2Cu + 4HCl + O2 = CuCl2 + 2H2O (11)
Бұл реакцияны екі сатыда жүреді деп жорамалдауға болады: алдымен оттегі
мысты мысоксидіне тотықтырып сосын мыс тотығы барлық тотықтар сияқты тұз
қышқылымен әрекеттесіп тұз және су түзеді. Мұндай жағдайларда тіпті ең
әлсіз қышқылдың өзі мысты біртіндеп ерітуі мүмкін, мыс азот қышқылында және
концентрленген күкірт қышқылында қыздырғанда өте оңай ериді.
3 Cu +8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
(12)
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
(13)
Мыс оттегімен екі оксид түзеді: мыс (II) оксиді CuO және мыс (I) оксиді
Cu2O.
4Cu + O2 →2Cu2O ∆H = –39,8 ккал · моль -1
(14)
2Cu + O2→2CuO ∆H = –37,1 ккал · моль -1
(15)
Мыс калий цианидінің KCN сулы ерітіндісімен әрекеттесіп H2 және
[Cu(CN)4]3- ионын түзеді.
Мыстың барлық қосылыстары түссіз жалынды көк немесе жасыл түске бояйды.
Мыс бірвалентті және еківалентті қосылыстар түзеді. Бірвалентті мыстың
қосылыстары еківаленнтті қосылыстарына қарағанда тұрақсыздау және үлкен
практикалық маңызға ие емес.
Мырыш кернеу қатарында сутегінің сол жағында орналасқанымен де оған су
әсер етпейді, себебі: мырыштың беткі қабатында сумен әрекеттесу нәтижесінде
түзілген гидроксид аз еритін зат, сондықтан, ол реакцияның әрі қарай
жүруіне кедергі келтіреді. Сұйытылған қышқылдарда мырыш оңай еріп, сәйкес
тұздарын түзеді. Сондай-ақ, мырыш берилийге және басқа металдарға тән
амфотерлік гидроксид түзіп, сілтіде ериді. Егер мырышты қайнау
температурасына дейін ауада қыздырса оның буы жалындап мырыштың оксидін
түзе ақшыл- жасыл жалынмен жанады.
Мырыштың қолданыс аясы әртүрлі. Барлық мырыштың белгілі бөлігі болатты
оның тот басуынан қорғап қаптауына (мырышталған болат) жұмсалады. Мырыштың
сондай-ақ көптеген мөлшері гальваникалақ элементтер дайындауға және маңызды
құймалар (мысалы, жез) әзірлеуге жұмсалады [12].
Мырыш өзінің қосылыстарында екі валентті. Zn2+ ионы түссіз және
бейтарап және қышқыл ерітінділерде болуы мүмкін. Қышқыл ерітіндіні
бейтараптау үрдісінде, шамамен рН= 6,0 кезінде Zn(OH)2 тұнбаға түседі.
Мырыш күшті тотықсыздандырғыш, ол көптеген металдарды (Mg, Mn, Fe, Ni,
Co, Cd) олардың тұздарынан ығыстырады. Мырыш азот қышқылындағы азотты
аммоний нитратына дейін тотықсыздандырады. Сілтілерде мырыш амфотерлік
оксидтер, мысалы, Na2ZnO3 түзе отырып ериді. Сілтілі ерітінділерде
(рН12,5) және аммоний гидроксидінде мырыш тұрақсыз [15].
Мырыш - амфотерлі элемент. Ол сұйылтылған қышқыл және сілті
ерітінділерінде ериді.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ (16)
Zn + 2KOH + 2 H2O = K2[Zn(OH)4] + H2↑ (17)
Сілтімен әрекеттесіп тетрагидрооксомырыш тұздарын түзеді.
Мырыш металл күйінде темірді қаптау, қорытпалар(мельхиор, жез) алу үшін
қолданылады.
Мыс, мырыш және оның қосылыстарының физикалық және химиялық қасиеттері
жөнінде мәліметтер[3,14] оқулықтарда толық келтірілген.
1.4 Мыс пен мырыштың электрохимиялық қасиеттері
Электрохимиялық қасиеттері бойынша мыс салыстырмалы түрде асқын
кернеулігі аз және ток алмасуы бойынша онша төмен емес металдарға жатады.
Сондықтан, жай ерітінділерде мыс салыстырмалы түрде қиын поляризацияланады.
Мыс электродындағы электрохимиялық реакциялардың стандартты электродтық
потенциалдары 6-кестеде келтірілген.
Мыстың электрохимиялық қасиеті көп жағдайда поляризация жағдайына
тәуелді. Электролит құрамы, әсіресе, аниондардың құрамы мыстың
электрохимиялық қасиетіне әсер етеді.
Күкірт қышқылы мен мыс сульфаты ерітінділерінде мыстың анодты тотығуы
және катодтық тотықсыздануы кезінде жүретін үрдістердің табиғаты мен
механизмі толық зерттелген [16]. Әдебиеттегі мәліметтерге зер салсақ, мыс
электродындағы реакциялар сатылы түрде жүреді деп көрсетілген [17].
Ерітіндіде мыстың бір және екі валентті иондары болуына байланысты, онда
диспропорциялану реакциясы жүруі мүмкін:
Cu°+Сu2+ ↔ 2Cu+ (18)
Тепе-теңдік бойынша ерітіндіде мыс иондарының арасында мына байланыс
орындалуы қажет:
(19)
Тепе –теңдік константасының шартты мәні 25°С кезінде шамамен 1·106, ал
1г-ион л екі валентті мыс ионы бар сульфатты ерітіндідегі бір валентті мыс
иондарының концентрациясы келесі мәнді құрайды:
(20)
яғни, бір валентті мыс иондарының концентрациясы екі валентті иондарының
концентрациясынан 1000 есе аз екенін көруге болады .
Тепе-теңдік констатасының осындай мәндерінде ерітіндіде мыс (І)
иондарының концентрациясы өте аз, 25°С -та 10-3 эквл-ге және
55°С-та 5*10-3 экв л-ге тең болады.
6-кесте. Мыс электордындағы кейбір электрохимиялық реакциялардың стандартты
электродтық потенциалдары
Электрохимиялық реакциялар Е0,В (қсэ)*
1.Cu → Cu+ + e- 0,520
2. Cu+ → Cu2+ + e- 0,153
3. Cu → Cu2+ + 2e- 0,337
4. Cu + Cl¯ → CuCl + e- 0,137
5. Cu + Br¯ → CuBr + e- 0,03
6. Cu + 2I¯ → CuJ2¯ + e- 0,00
7. CuCl → Cu2+ + Cl¯ + e- 0,538
8. CuBr → Cu2+ + Br¯ + e- 0,640
9. CuI → Cu2++I¯ + e- 0,86
10.2Cu + H2O → Cu2O + 2H¯ + 2e- 0,471
11. Cu + Н2О → CuО + 2Н+ + 2е- 0,570
12. Cu2О + 2Н+ → 2Cu2+ + Н2О + 2е- 0,203
13. Cu2О + Н2О → 2CuО + 2Н+ + 2е- 0,669
14. Cu + 2Н2О → Cu(ОН)2 + 2Н+ + 2е- 0,609
15. Cu + 2Н2О → НСuО2¯ + 3Н+ + 2е- 1,127
16. Cu + 2Н2О → CuО22- + 4Н+ + 2е- 1,515
17. Cu+ + 2Н2О → НCuО2¯ + 3Н+ + e- 1,73
18. Cu + 2Н2О → CuО22- + 4Н+ + e- 1,52
19. Cu2О + 3Н2О → 2НСuО2¯ + 4Н+ + 2е- 2,51
20. Cu + SCN¯ → CuSCN + e- -0,27
21. Cu + J¯ → CuJ + e- -0,185
22. Cu + 2NH3 → [Cu(NH3)2]2+ + e- -0,12
23. Cu + 4NH3 → [Cu(NH3)2]2+ + 2e- -0,05
24. CuCN → Cu2+ + CN¯ + e- 1,12
25. CuH → Cu + Н+ + e- -2,775
26. 2Cu + S2- → Cu2S + 2e- -0,93
27. Cu + S2- → CuS + 2e- -0,79
28. Cu + 2CN¯ → [Cu(CN)2]¯ + e- -0,43
*қсэ- қалыпты сутегі электроды
Катодты процестің сатылы жүретіндігінің тәжірибелік дәлелдемесі
ретінде, [18]- жұмыстар авторларының сақинасы бар айналмалы дискілі
электродта алынған мәліметтері дәлелдейді. үрдіс сатылы жүрген жағдайда,
электрод үлкен жылдамдықпен айналған кезде, аралық өнімнің бір бөлігі толық
тотықсызданып үлгере алмайды да, центрден тепкіш күш арқылы дискінің
перифириялық аумағына өтіп кетеді. Осы кезде, аралық өнімнің (бір валентті
мыс) тотығу тогы бойынша сақиналы электродта анықтауға болады .
Қышқыл және бейтарап хлоридті ерітінділерде мыс электродындағы анодты
поляризация кезінде жүзеге асатын процестер қазіргі уақытта жете
зерттелінген деуге болады [19]. Тұз қышқылды ортада ионизация механизмі мен
берілетін потенциал арасында тәуелділік болады [20]. φ0,10В кезінде мыс
екі валентті күйге дейін тотығады, ал φ0,15В кезінде тек бір валентті
күйге дейін тотығады [18].
Хлоридті ерітінділерде мыс комплексті қосылыстар түзе отырып ериді, бұл
кезде мыс электродының бетінде хлорид-иондар адсорбирленеді де, CuCI-(адс)
типті өтпелі қосылысын түзеді. Бұл қосылыстың ионизациясы электрод бетінде
CuCI(адс) түзілуіне әкеледі:
CuCI¯(адс) – еˉ
=CuCI(адс) (21)
Бұл келесі жүретін барлық реакциялар үшін бастапқы компонент болып
табылады. Тұз қышқылы ерітіндісінде мыстың тотығуы кезінде +0,1В
потенциялында тек CuCI+, CuCI2¯, CuCI2ˉ3 типті иондар түзіледі, ал түзілген
өнімдердің беті CuCI жұқа қабығымен қапталады. Потенциалды одан әрі
жоғарылату анодты ток тығыздығының өсуіне әкеледі. Ол негізінен, мыс (ІІ)
иондарының түзілуімен байланысты. Хлорид-иондарының концентрациясын арттыру
да анодты ток тығыздығының өсуіне жағдай жасайды. Бұл кезде поляризациялық
қисықтың активті бөлігі потенциалдың теріс мәнді бағытында жылжығаны
байқалады [21].
[22] еңбектің авторлары NaCI ерітіндісінде мыстың электрохимиялық
қасиетін зерттеу кезінде токтың 3 анодтық максимумдарын байқаған. Бірінші
толқынның потенциялы электрод потенциялының ығысуының жылдамдығына
тәуелсіз, яғни электродта жүріп жатқан реакция қайтымды сипатқа тән.
Бірінші анодтық толқынның шамасы 0,5 дәрежесіндегі потенциал ығысуының
жылдамдығына пропорционал болуы кейбір авторлардың [23] мәліметтері бойынша
CI¯ иондарының жеткізілуінің әсері айтарлықтай екендігін көрсетеді.
Концентрациясы 1 М CuCl ерітіндісінде поляризациялаған мыс электродының
беттік күйін сканирлеуші электронды микроскоп арқылы зерттегенде CuCuCl
қайтымды потенциалға қарағанда анағұрлам оң потенциалдарда борпылдақ және
біртекті құрылымы жоқ CuCl түзілетіндігін көрсетті. Потенциалдың өсуімен
CuCl жұқа қабығымен экранирленген электрод бетінің үлесі жоғарылайды, ал
толқынның байқалу потенциалынан жоғары потенциалда мыстың беті толық CuCl
қабатымен қапталады, ол ток тығыздығының төмендеуіне әкеледі.
Оттексіздендірілген ерітінділерде мыстың анодты еруі, CuCuCl қайтымды
потенциалы шамасынан аз потенциалдарда басқаша механизммен өтеді:
Cu + 2Clˉ = CuCl2ˉ + eˉ (22)
Ерітінді көлемінде CuCl2ˉ иондарының диффузиясы процестің бақылаушы
сатысы болып табылады.
Әлсіз сілтілі және қышқылды хлоридті ерітінділерде мыстың анодты
тотығуын зерттеу нәтижелері ерітіндідегі хлорид иондардың мөлшеріне және
берілген потенциал шамасына байланысты бір валентті Cum-(m-1) немесе CuCl
иондарының комплексті қосылыстарының түзілуі мүмкін екендігін көрсетті.
Мыс(I) хлориді комплекстерінің гидролиз реакциясы нәтижесінде мыс(I) оксиді
түзіледі.
Сілтілі ерітінділерде мыстың анодты еруі кезінде жүретін
электрохимиялық процестер бірқатар авторлар еңбегінде келтірілген [24].
[25] еңбектерінің авторлары сілтілі ерітінділерінде мыстың тотығуы
екі саты арқылы өтеді және бірінші сатыда бір валентті мыс (I) оксиді
түзіледі деп есептейді. Сонан соң, екі валентті мыс иондары мыс (II) оксиді
және гидроксиді түзіледі. Оксидті және гидроксидті қабаттардың пайда болуы
электродтың пассивтелуіне және оттегінің бөлінуіне әкеледі.
Н.Н. Милютин еңбектерінде [26] 1М және 10 М калий гидроксиді
ерітінділерінде аммоний сульфаты қатысуымен және қатысынсыз мыстың анодты
тотығуы келтірілген. Автордың мәлімдеуі бойынша, аз поляризация кезінде
мыс(I) оксиді түзілуі жүреді, ал мыс (I) оксиді және мыс (II) оксиді тепе
теңдігі потенциалынан жоғары поляризация кезінде ерітіндіде куприт иондар
түзе отырып, электродтың активті тотығуы жүреді, одан ары электрод жаңа
қабатының осы иондармен қанығуына және мыс(II) оксидтерінің түзілуіне
жалғасады. Автор мысты сілтілі ерітінділерде поляризациялау кезінде
электрод бетінде мыс(II) оксиді түзіледі және сілті концентрациясын
жоғарылау мыс гидроксиді түзілуін бәсеңдетеді деп қорытындылаған.
Мыс электродын 7 Н КОН ерітіндісінде, анодты тотықтыру кезінде,
потенциостатикалық қисықтарда үш активті бөлік көрсетілген. Алғашқы анодтық
үрдіс өнімі - мыс(I)оксиді, келесісі - мыс(II) оксиді. Токтың үшінші
көтерілуі Cu2O3 және CuO2·H2O типті оксидті қосылыстардың түзілуімен
байланысты.
[27] еңбекте мыстың литий, натрий және калий гидроксидтері
ерітінділеріндегі қасиеті зерттелген. Мыс электродын анодты поляризациялау
кезінде сілтілі ерітінділерде оттегінің бөліну потенциалына дейін екі
толқынға ие және толқын биіктігі LiOHNaOHKOH қатарында кемитіндігі
көрсетілген. Ток максимумы биіктігінің өзгеруі электрод бетінде түзілген
мыс оксиддтері мен гидроксидтерінің ерігіштігіне байланысты екендігі
анықталған. Мыс гидроксиді – сілті жүйесінде комплекс түзу жылдамдығы
КОНNaOHLiOH қатарында артады, ал, дегидрататция жылдамдығы төмендейді.
[28] еңбек авторлары калий нитраты ерітіндісінде мыс (ІІ) гидроксидін
электрохимиялық алу кезінде гидроксидтің түзілуі алғашқыда анод бетінде
сазды – сары мыс (ІІ) оксиді қабатының түзілуі арқылы жүретіндігін
анықтаған. Авторлар күшті сілтілі ерітінділерде мыс қасиетін зерттей келе,
электрод бетін мыс (І) оксиді, ал оның бетін мыс (ІІ) гидроксиді қабатымен
жабылатынын көрсетті.
Сонымен, әдеби деректерге талдау жасай отырып, анодтық поляризация
кезінде мыс электродында жүзеге асатын әр түрлі процестердің барлығы дерлік
қазіргі уақытта жете зерттелінген деуге болады.
Стационарлы емес токпен поляризациялау кезіндегі мыстың сулы
ерітінділеріндегі электрохимиялық қасиетін бірқатар ғалымдар зерттеген [29,
30, 31].
[24] – еңбек авторлары мыс ұнтақтарын алу кезіндегі стационарлы емес
ток режиміндегі электролиздің артықшылығын көрсеткен.
Электрохимиялық қасиеті бойынша мырыш – катодта салыстырмалы түрде аз
аса кернеулікпен бөлінеді және жоғары алмасу ток мәніне ие. Мырышта сутегі
бөлінуінің аса кернеулігі жоғары болғандықтан, қышқылды ерітінділерден
жоғары ток бойынша шығынмен бөлінуін қамтамасыз етеді. 0,5М күкірт
қышқылымен қышқылданған 1М ZnSO4*7H2O ерітіндісін электролиздеу нәтижесінде
99,99% тазалықтағы мырышты алуға болады. Электролизді ағаш немесе
цементтелген ванналарда жүргізеді. Катод ретінде алюминий, анод ретінде
қорғасынды қолданады, ток тығыздығының мәні 2-4 Адм2 (катодта). Мырыш
сульфатының қалыпты жағдайдағы айырылу потенциалы 2,35 В.
Мырыш электродындағы кейбір электрохимиялық реакциялардың стандартты
электродтық потенциалдары 7– кестеде келтірілген.
Мырыштың қышқыл, нейтрал ерітінділерінде анодты тотығу кезінде жүретін
үрдістердің табиғаты мен механизмі толық дерлік зерттелген [16].
[32] жұмыс авторлары мыс пен мырыштың фосфатты ерітінділерде еріуін рН
4,5–11,7 аумағында зерттеп, катодты реакциалардың жылдамдығы фосфатты
ерітіндінің рН мәніне тәуелді екенін және мырыш үшін рН 9,5, ал мыс үшін
11,7 екенін анықтаған.
7-кесте. Мырыш электродындағы кейбір электрохимиялық реакциялардың
стандартты электродтық потенциалдары
Электрохимиялық реакциялар Е0,В (қсэ)*
1.Zn→Zn2++2e- -0,736
2.Zn+2H2O→Zn(OH)2(орторомб.)+2H++2 e- -0,439
3.Zn+2H2O→Zn(OH)2(амф.)+2H++2e- -0,400
4.Zn+2H2O→HZnO¯+3H++2e- -0,054
5.Zn+2H2O→ZnO22-+4H++2e- -0,441
6. Zn+S2-→ZnS+2e- -1,44
7. Zn+4CN¯→[Zn(CN)4]2-+2e- -1,26
8. Zn+CO32-→ZnCO3+2e- -1,06
9. Zn+4NH3(сулы)→[Zn(NH3)4]2++2e- -1,04
* қсэ – қалыпты сутегі электроды
1.5 Электрохимиялық кинетика жөнінде түсінік
Электрохимиялық кинетика – электродтық процестердің жылдамдығын
зерттейтін теориялық электрохимияның бір бөлімі. Электрод – ион жүйесінің
шекарасы арқылы өтетін электрлік ток электродтық процестердің (Фарадей
тогы) жүруімен және қос электрлік қабаттың (зарядталу тогы) зарядталуымен
байланысты. Егер уақыт бойынша электрод бетінің қасиеті өзгермесе электорд
арқылы өткен ток электродты үрдістің жылдамдығы және электродтар
өлшемдері арқылы анықталады. Бұл жағдайда ток тығыздығы і электрохимялық
реакция жылдамдығының өлшемі болып табылады. Егер электрод тепе – теңдік
потенциялында тұрса Ет, онда і =0. Электр тогын электрод арқылы өткізгенде
электрод потенциалы тепе–теңдік потенциалынан Ет электрод поляризациясы ΔЕ
деп аталатын мәнге ауытқиды. ΔЕ мәніне әдетте “аса кернеулік” терминін
қолданады. Электрод поляризациясы электродтық процестің соңғы жылдамдығына
байланысты, сондықтан ол ток тығыздығының функциясы болып табылады.
Потенциал айырымының ΔЕ ток тығыздығына і (немесе ток тығыздығының і
потенциал айырымына ΔЕ) функциялық байланыстылығы электродтың
поляризациялық сипаттамасы деп аталады. Электрохимиялық кинетиканың мақсаты
электродтық үрдістердің жылдамдығын реттейтін электродтардың поляризациялық
сипаттамасы бағынатын жалпы заңдылықтарды орнату болып табылады.
Электрохимиялық кинетиканың алдына қойған мақсатының орындалуы практикалық
маңызға ие, берліген ток тығыздығында ΔЕ поляризациясының төмендеуі ПӘК-ін
жоғарылатады. Электрохимиялық кинетика металдарды коррозиядан
электрохимиялық қорғаудың теориялық негізі болып табылады.
Электродтық процестер гетерогендік болып табылып, сондай - ақ бірінен
соң бірі орындалып отыратын сатылардан тұрады. Мұндағы жалпы ΔЕ
поляризация сәйкес жекеленген сатылардағы ΔЕ j поляризациялардың
жиынтығымен анықталады. ΔЕ мәнінің жиынтығында ең жоғары мән көрсететін
саты лимиттеуші деп аталады, ол поляризациялық сипаттаманың түрін
анықтайды. Лимиттеуші сатыны анықтау үшін зерттелініп жатқан электродтық
үрдістің заңдылықтарын әр түрлі сатылардағы заңдылықтармен салыстырады.
Лимиттеуші сатының анықталуы шарттарды өзгерту арқылы электродтық
процестің жылдамдығын керек бағытқа өзгертуге мүмкіндік береді.
Барлық электродтық үрдістерде әрекеттесуші заттардың массалмасу сатысы
(электродтың бетінен немесе оның бетінен көлемге) және фаза бөлшектерінің
шекарасы арқылы зарядталған бөлшектердің өтуімен байланысты разряд –
ионизациялану сатысы орын алады. Бірақ, егер массалмасу сатысы кез – келген
гетерогендік үрдіске қатысса, онда разряд ионизациялану сатысы арнайы
электрохимиялық саты болып табылады. Сондықтан, электрохимиялық кинетиканың
түсіндірілуінде теориялық электрохимияға разряд - ионизациялану сатысының
кинетикалық заңдылықтарын сипаттайтын жылдамдатылған разряд теориясы
жобасымен байланыстырады (М. Фолшер, Т. Эрдей - Груэ, А. Н. Фрумкин, 1930
– 1933). Осы теорияға байланысты Ох +nе ↔ Red күйіндегі электродтық
үрдістің поляризациялық сипаттамасы мына теңдеуменен анықталады:
і =і0 {ехр [αn Fη R T] – ехр[ - ( 1 – α) n ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ-ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ЖӘНЕ МЕДИЦИНА ИНСТИТУТЫ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ФАКУЛЬТЕТІ
ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯ КАФЕДРАСЫ
АЙНЫМАЛЫ ТОКПЕН ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНҒАН ЖЕЗДІҢ ЕРУ КИНЕТИКАСЫН ЗЕРТТЕУ
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 МЫС ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰЙМАЛАРЫНЫҢ ФИЗИКА – ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ
ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
.
1.1 Мыс негізіндегі құймалардың физика-химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ...
1.2 Жездің электрохимиялық
қасиеті ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Мыс пен мырыштың физика – химиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... ..
1.4 Мыс пен мырыштың электрохимиялық
қасиеттері ... ... ... ... ... ... . ... ... .. ..
1.5 Электрохимиялық кинетика жөнінде
түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 СТАЦИОНАРЛЫ ЕМЕС ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР ... ... ... ... ... .
2.1 Стационарлы емес ток режиміндегі
үрдістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2.2 Стационарлы емес токпен поляризациялаған электродтардағы
электрохимиялық
реакциялар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ...
ЭКСПЕРИМЕНТТІК БӨЛІМ
3 ТӘЖІРИБЕ ӘДІСТЕМЕСІ ЖӘНЕ ОРЫНДАЛУ ТЕХНИКАСЫ ... ... ... ... ..
3.1 Айнымалы ток режимінде электролиз жүргізу
әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ..
3.2 Пайдаланылған реактивтер, препараттар және алынған өнімдер
анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4 СІЛТІЛІ ОРТАДА (КОН) АЙНЫМАЛЫ ТОКПЕН ПОЛЯРИЗАЦИЯЛАНҒАН ЖЕЗ ЭЛЕКТРОДЫНЫҢ
ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ
ҚАСИЕТІ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4.1 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына титан электродындағы
ток тығыздығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4.2 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына осы электродтағы ток
тығыздығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
4.3 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролит
концентрациясының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... .
4.4 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына электролиз ұзақтығының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... .
4.5 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына ерітінді
температурасының
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
4.6 Жез электродының еруінің ток бойынша шығымына айнымалы ток жиілігінің
әсері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... .
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
КІРІСПЕ
Қазіргі уақытта жез қалдықтарын өңдеу, оларды екіншілік шикізат ретінде
пайдалану, олардан бағалы компоненттерді бөліп алудың экологиялық тиімді
әдістерін жасау мәселелері өте өзекті. Өндірістік қалдықтардың басқа
түрлеріне қарағанда мыс негізіндегі құйма қалдықтары қымбат шикізат болып
табылады, себебі оларда пайдалы компоненттердің үлкен қоры жинақталған [1].
Олар өздерінің механикалық қасиетері жағынан кейбір жоғары маркалы
болаттан артық болып келеді. Осындай бағалы физика-химиялық қасиеттерінің
арқасында, мыс негізіндегі құймалар өндіріс пен техниканың әртүрлі
салаларында: химия өнеркәсібінде, электротехникада, машиналардың негізгі
бөлшектерін, құрал-саймандарды және радиоаппаратураны жасауда және
коррозиялық агрессивті орталарда кең қолданылады [2].
Көп қолданылып жүрген мыс құймаларының ішінен жез бен қоланы атап өтуге
болады. Мыстың мырышпен және басқа металдармен құймалары, коррозиядан
арнайы қорғауды қажет етпейтін, беріктігі мыстан артық конструкциялық
материалдар болып келеді. Мыстың мырышпен құймасы жез деп аталады да,
құрамы бойынша қызыл жез (құрамында 20%-тез аз мырыш болады және ауыр),
сары жез (20-50% мырыш болады), ақ жез (50-80% мырыш болады, жеңіл) және
арнайы жез (мыс және мырыштың басқа қорғасын, никель, марганец, темір,
қалайы және алюминий болады) деп бөлінеді. Мыстың қалайымен құймасы қола
деп аталып, құрамына қарай- қалайылы, алюминийлі, фосфорлы және арнайы қола
болып бөлінеді: соңғыларының құрамында мыс және қалайыдан басқа алюминий,
қорғасын, никель, марганец, темір, кремний, берилий және т.б болады [3].
Қазіргі ғылыми зерттеулерде әртүрлі формадағы айнымалы токты пайдалану
электрохимиялық технологиялардың өндірістерінде көп көңіл бөлінеді.
Электрохимиялық жүйелерде айнымалы токты қолдану ерітіндідегі әртүрлі
электрохимиялық реакциялардың кеңінен жүруіне, электрод-электролит
фазаралық шекарасында және жүйедегі электрохимиялық реакциялардың
механизмін терең зерттеуге, сонымен қатар, тиімді технологияны ұсынуға
мүмкіндік береді.
Мыс негізіндегі құймалардың қолданылуының артуымен, олардың қалдық
ретінде қоршаған ортаға түсуі де арта түсуде. Металл құймалары
қалдықтарының көптеген мөлшері, әсіресе тұрмыстық қалдықтар қоршаған ортаны
ластай отырып, түзілген жерлерінде таралады.
Металдарды қатты құйма қалдықтарынан қорыту – қоршаған ортаға жүктемені
төмендететіндіктен, оларды өндірудің маңызды көзі болып табылады. Осыған
байланысты, мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын өңдеудің
әртүрлі әдістері ұсынылған [4].
Әдетте, мыс және мырыш негізіндегі құйма қалдықтары мен сынықтары құйма
жасау үшін шихталық материалдар ретінде немесе қара мыс өндіру үшін
қолдыналады. Қара мыс өндірудегі кең тараған технологиялық цикл келесі
операциялардан тұрады: шахталақ пеште балқыту, конвертерлерде үру,
шағылдырғыш пеште отты рафинирлеу және еритін анодтармен электролиздеу
арқылы соңғы рафинирлеу. Электролиттік рафинирлеуден өткен қара мыстың
сапасы мен қасиеттері, мыс рудаларынан өңдеп алынған катодтық мыстан кем
түспейді.
Жоғарыда аталған мыс және мырыш негізіндегі қатты құйма қалдықтарын
заласыздандырудың белгілі әдістері көп сатылы және реагентер шығыны,
арнаулы қондырғылар мен жоғары температуралы режимді қажет етеді. Осы
технологиялық проблемаларды шешуде, қатты қалдықтарды өндеуде
электрохимиялық тәсілдерді қолдану, перспективті сала деп есептеледі.
Өндірістік қатты құйма қалдықтарын заласыздандыруда қолданылатын
реагенттердің көпшілігі қоршаған орта үшін зиянды болып табылады.
Сондықтан, қатты қалдықтарды өңдеуге химиялық әдістер тиімсіз болып
табылады. Ал, химиялық ток көздері қоршаған ортаны ластамайтын және
экономикалық тиімді энергия көздері болып табылады. Электрохимиялық әдісті
қолдану - қатты құйма қалдықтарының әркелкі түрлерін өңдеуге және
технологиялық схеманың жеңілдеуіне мүмкіндік береді.
Қазіргі кезде, қатты құйма қалдықтарын стацонарлы емес режимдегі ток
түрлерін қолдану арқылы өңдеу, үлкен қызығушылық тудырып отыр. Бұл тәсілді
қолдану - таза металдар немесе олардың қосылыстарын алуға, процестің
реагентсіз болуы, қалдықсыз технологиялық процестер құруға мүмкіндік
тудырады [5].
Жұмыстың мақсаты – айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі жез
электродының сілтілі ортадағы электрохимиялық еру ерекшелігін зерттеу.
Жұмыстың мақсатына сәйкес келесі міндеттерді шешу көзделінді:
1. Жез электродының еруіне титан және жез электродтарындағы ток
тығыздықтарының әсерлерін зерттеу.
2. Жез электродының еруіне электролит концентрациясының әсерін зерттеу.
3. Жез электродының еруіне электролиз ұзақтығының әсерін зерттеу.
4. Жез электродының еруіне ерітінді температурасының әсерін зерттеу.
5. Жез электродының еруіне айнымалы ток жиілігінің әсерін зерттеу.
Зерттеу жұмыстары Қ.А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік
университеті Жаратылыстану және медицина институтының экология және химия
кафедрасының ғылыми зерттеу лабораториясында жүргізілді. Ұсынылған тақырып
үшін, зерттеуді жүргізу кезінде методикалық әдістерді игеруде және олардың
нәтижелерін талқылауда көрсетілген бағалы көмектері үшін дипломдық жетекшім
х.ғ.к., доцент м.а. Р.Н.Нұрділлаеваға үлкен алғысымды білдіремін.
1 МЫС ЖӘНЕ ОНЫҢ ҚҰЙМАЛАРЫНЫҢ ФИЗИКА - ХИМИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ
ҚАСИЕТТЕРІ
1.1 Мыс негізіндегі құймалардың физика-химиялық қасиеттері
Негізгі легирлеуші (қоспасы) элементі мырыш болып табылатын мыстың екі
немесе көп компонентті құймасы жез деп аталады. Cu-Zn жүйесінде алты қатты
ерітінділер түзіледі: (, (, (, (, (, (.
(-мырыштың мыстағы қатты ерітіндісі. Мырыштың мыста еруі бөлме
температурасында 39%-ке тең, 4530С дейін іс жүзінде өзгермейді, ал 9050С-
та 32%-ке кемиді. CuZn қосылысы негізіндегі (-қатты ерітіндісі келесі
электрондық түріндегі (үлгідегі-тип) байланыста болады:
электрондар саны 3
( қатынас ) = ———————— = ──
атомдар саны 2
Оның қарапайым кубтік көлемді центрленген торы бар. Атомдардың ретті
орналасуы тек 453-4700С-тан төмен температураларда сақталады. Одан жоғары
температураларда мыс және мырыш атомдары көлемді центрленген торда
статистикалық түрде орналасады. Атомдары ретпен орналасқан (-қатты
ерітіндісі (’ деп белгіленеді. (-қатты ерітіндісі негізіндегі химиялық
байланыс табиғаты анықталмаған. Бөлме температурасында іс жүзінде
қолданылып жүрген жездер (-кристалдарынан немесе (- және (-кристалдарының
қоспасынан тұрады.
Мырыш құйманың беріктігін және пластикалығын арттырады. Құрамында 30%
Zn бар құйма максимальды пластикалық қасиетке ие. Мырыш мөлшері 39%-ке
жеткенде құйманың пластикалығы күрт төмендейді. (-жез максимальді
беріктікке ((В=42 кГмм2), бірақ жез үшін салыстырмалы түрде төмен
пластикалық қасиетке ((=7%) ие. Сондықтан, атап өтілген кемшіліктерге
(пластикалық қасиеттері төмен) байланысты, тек (- және (+( жездері ғана
емес, сонымен қатар (-жездері де іс жүзінде қолданылмайды. Кең
қолданылатындары (- немесе (+(-құрылымды жездер.
Жез пластикалық деформациялық өңдеуге қолайлы, сондықтан жездерді
жұқартып түрлі формаға келтіріп, түрлі жартылай фабрикаттар жасайды.
Жездердің механикалық беріктігі жоғары емес. (-жездерге келесі
механикалық қасиеттер тән: (В= 30 кГмм2, ( =40%, (+(-жездердің беріктігі
жоғарырақ: (В= 35 кГмм2, бірақ пластикалығы төменірек (=40%.
1-кесте. Жай (-жездердің химиялық құрамы мен механикалық қасиеттері
Жез Элементтер мөлшері, % Механикалық қасиеттері
маркасы
Cu Zn Қоспалар (В, (Т, (, % (, %
мөлшері кГмм2 кГмм2
Л96 95-97 Қал-ға0,2 24 - 50 -
н-дары
Л90 88-91 0,2 26 12 45 80
Л85 84-86 0,3 28 10 45 85
Л80 79-81 0,3 32 12 52 70
Л70 69-72 0,2 32 9,1 55 70
Л68 67-70 0,3 32 9,1 55 70
Л62 60,5-63 0,5 33 11 49 66
,5
Мыспен салыстырғанда жездердің беріктігі, қаттылығы, коррозияға
төзімділігі жоғары және сұйықаққыштық қасиетке ие. Бірфазалы (-жездер
салқын және ыстық деформацияны жақсы қабылдайды. Екіфазалы ((+(’)-жездер
ыстық пластикалық деформацияға ((+()- немесе (-аумақтарындағы
температуралық интервалдарда өңделеді, себебі бұл құймалардың салқын
деформация температурасында пластикалық қасиеті төмен [6-7].
Химиялық қасиеттері. Мыспен салыстырғанда жездердің беріктігі,
қаттылығы, коррозияға төзімділігі жоғары. Сондықтан, жез сумен, тотықтырғыш
емес қышқылдармен әрекеттеспейді. Қышқылдардың ішінен тек сұйытылған және
концентрленген азот қышқылы жезге әсер етеді.
Құрамында 20%-тен жоғары мырыш бар деформацияланған жездер аммиак буы
бар ылғалды ауада шытынауы байқалады.
Құймалардың химиялық бұзылу сипатына олардың кристалдық құрылымы үлкен
әсер етеді. Жездің химиялық қасиетін коррозия теория тұрғысынан сипаттауға
болады, ол мыс пен мырыштың стандартты потенциалдарына, легирлеуші
элементтердің табиғатына және оттегінің әсеріне байланысты болып келеді.
Құрамында 29-30% мырыш бар жездің желіну процесі теңіз суының ұзақ
әсерінен, құйманың барлық беттік ауданында емес және оның барлық көлемінде
біркелкі жүрмейді. Агрессивті ортада құйма құрамындағы еруі таңдамалы түрде
жүреді: ерітіндіге мыс өте қарқынды, ал мырыш баяу өтеді. Құрамында
мырыштың мөлшері одан жоғары ((36%) мыс көп (-қатты ерітіндісі мен мырышы
көп (-қатты ерітінділерінің қоспасынан тұратын екіфазалық құрылымды
жездерде коррозиялық бұзылу басқаша жүреді. Мұнда да теңіз суының әсерінен
жездің мырышсыздануы жүреді, бірақ ең алдымен (-фазасының кристалдарының
бұзылуы басымырақ жүріп, сосын бұзылу (-кристалдарына да таралады [4].
1.2 Жездің электрохимиялық қасиеттері
Л-62 жездің коррозиялық және электрохимиялық қасиеті FeCl3, CuCl2
концентрлі және олардың араласқан ерітінділерінде, сонымен қатар, құрамында
хлоридтер бар органикалық ерітінділер мен олардың сумен араласқан
ерітінділерінде әртүрлі физика-химиялық әдістер негізінде зерттелген. Сулы
ерітінділердегі жездің еруі, металдық мыспен салыстырғанда аз еритіндігі
және жездің еруі ерітіндідегі CuCl2 концентрациясына және құймадағы мыс
компонентінің электрохимиялық қасиетіне тәуелді екені анықталған. Су –
органикалық ерітінді қоспасында жездің еруі катодтық сатымен шектеледі.
Пассивтеуші қосылыстардың табиғаты анықталған: сулы нейтрал ерітінділер
үшін - CuCl, CuOH және ZnO, ал органикалық сулы ерітінділер үшін - Cu (ОН)2
және Zn (ОН)2 [8].
0,1 М NaClO4 ерітіндісінде рН=2,0-9,5 аралығында Cu-Zn-құймаларының
анодтық қасиетіне рН және құймадағы мырыш мөлшерінің әсерлері зерттелген.
Жездің электрохимиялық сипаттамасы гальваностатикалық
хронопотенциограммалар негізінде және катодты және анодты поляризациялық
қисықтар түсіру арқылы зерттелген. Ортаның рН мәнінің өзгерісін ескере
отырып, жездің анодтық еруінің механизмі ұсынылған.
Жездің анодтық еру кинетикасы құймадағы мыстың еруімен анықталады, ал
рН мәні 2,0-3,8 кезінде бұл процесті NaClO4 ерітіндісіндегі мыстың еру
схемасымен сипаттауға болады:
Cu + H2O = (CuOH)адс + H+ + e- (1)
(CuOH)адс ( CuOH+ + e- (2)
CuOH+ + H+ = Cu2+ + H2O (3)
(CuOH)адс + ClO4- = (CuOHClO4)адс + e- (4)
(CuOHClO4)адс + H+ ( Cu2+ + H2O + ClO4- (5)
мұнда, (1) және (4) сатыларын сәйкес ионизация тармақтары шектейді және
олар қатар жүреді. рН 3,8-9,5 аумағында жездің еру жылдамдығының төмендеуі
Cu2O беттік оксидтің түзілуімен байланысты. Анодтық поляризация кезінде,
Cu2O металдық мыстағы секілді ери алады, сондықтан жездің еруі келесі схема
бойынша жүреді:
Cu + H2O = (CuOH)адс + H+ + e- (6)
Cu(CuOH)адс ( (Cu2O)адс + H+ + e- (7)
(Cu2O)адс = Cu(CuO)адс
(8)
(Cu2O)адс + H2O + ClO4- = (CuOHClO4)адс + OH- (9)
(CuOHClO4)адс + H+ ( Cu2+ + H2O + ClO4- (10)
мұнда, жылдамдықты анықтайтын (6) және (8) сатылары да паралель болып
табылады.
ZZn коэффициенті ортаның рН мәніне және жездегі мырыш мөлшеріне
тәуелді. Cu-Zn-құймаларының беттік қабатынан мырыштың таңдамалы еруі ((0,6
с-та өтіп, мырыш атомдарының қатты фазалық диффузиясымен шектелетінін
анықтаған. ( коэффициентінің мәні 1-ге жуық болуы таңдамалы ерудің бастапқы
сатыларында фазалық айналымдардың жоқ екенін көрсетеді. Құймада мырыштың
мөлшерінің артуымен жездің анодтық еруі жоғарылайды. Cu-Zn-құймаларының
анодтық еруінің кинетикалық заңдылықтары, оның еру сипаттамасы мыстың
еруімен анықталады, ал жездің перхлоратты ерітінділердегі анодтық қасиетін
сипаттау үшін мыстың анодтық еру механизмінің схемасын қолдануға болады
[9].
Құймалардың анодтық еруінің механизмдері көрсетілген. Біртекті қатты
ерітінді болып табылатын құймалардың металдық жүйелерінің коррозиялық
тұрақтылық шекарасы секірісінің пайда болуына кинетикалық түсіндірме
берілген. Мыстың тотығу өнімдерінің тотықсыздануымен байланысты жездің
мырышсыздануы мыс пен мырыштың ионизациясының парциалды реакцияларының
химиялық ілесуімен (жүруімен) түсіндірілген. Бірінші реакция бос энергияның
бөлігін вакансия арқылы екіншісіне береді. Осының нәтижесінде мыстың
ионизациялануы таза мыстың тепе-теңдік потенциалына қарағанда терісірек
потенциалдарда мүмкін болады. Осы себептен, жезбен тотыққан мыстың құйма
бетінде өз фазасында мысқа дейін қайтадан тотықсыздануына мүмкіндік туады.
Құймада белгілі бір потенциал ұстап тұрып, тек электрлігі теріс металды
ерітуге болады, ал электрлігі оң металл термодинамикалық тұрақты болады.
Мысалы, егер хлоридті ерітіндіде жезде Cu30Zn (30 ат. % Zn) электродты
потенциал мәнін -0.40 В ұстап тұрса, құймадан тек мырыш еритіндігі
анықталған Құймалардың таңдамалы еруінің өзіне тән ерекшелігі оң
компонентке бай, вакансиялардың жоғары концентрациясына ие беттік қабаттың
пайда болуы. Бұл қабат дефекттерге байланысты тұрақсыз болғанымен
кристалдық құрылымы сақталады. Диффузиялық қабаттың қалыңдығы уақыт бойынша
үздіксіз артады, сондықтан компоненттерінің диффузия жылдамдығы кемиді.
Электрлігі теріс компоненттің тотығуымен байланысты анодты ток құйманың
беттік қабатындағы осы компоненттің диффузиясымен анықталады [10].
Мыс пен жездің анодтық қисықтарының иілімдeрі бірдей, бірақ бір-бірінен
ығысқан. Бұл ығысу, жезде анодтық ток мыстың да, мырыштың да
ионизациялануына жұмсалуымен байланысты. Мыстың парциалды қисығы да теріс
аумаққа ығысқан, ал ол керісінше болу керек. Мұны былай түсіндіруге болады,
жездің таңдамалы еруі барысында мырыштың ионизациясы беттік қабаттың
құрылымының дефектісіне алып келіп, ал бұл оның бос энергиясын
жоғарылатады. Беттік аумақта мыс атомдарының активтілігі артады да,
нәтижесінде мыстың квазитепе-теңдік потенциалы төмендейді. Осы себептен,
коррозия потенциалында немесе жездің анодтық еруі кезінде мыстың тотығу
өнімдерінің өз фазасында мысқа дейін тотықсыздануы жүреді. Жездің мұндай
еруінің соңғы нәтижесі мырыштың еруі мен мыстың құйма бетінде жиналуы болып
табылады [11].
1.3 Мыс пен мырыштың физика-химиялық қасиеттері
Мыс-металдық жылтыры бар қызғылт металл, мыстың жұқа беткі қабаты
жарқырап көгілдір-жасыл түске ие болады. Балқу температурасы 1083,4°С,
қайнау температурасы 2567°С, тығыздығы 8,92г см3 [13]. Мыс ток өткізу және
жылу өткізу жағынан күмістен кейінгі екінші орында. Құрғақ ауада өзгеріске
ұшырамайды, себебі мыстың бетін қаптаған қара түсті үлдір (пленка) оны әрі
қарай тотығудан қорғайды. Бірақ. ылғал және көміртек диоксиді қатысында
мыстың беті жасыл түсті мыстың негіздік корбанатымен Сu(OH)2CO3 қапталады.
Мысты ауада қыздырғанда қара түсті мыстың оксидіне айналады, одан да жоғары
температурада оттегісін жоғалтып мыс тотығына Cu2O айналады.
Жоғары жылу- және электр өткізгіштігіне, коррозияға төзімдігіне
байланысты мыс өндірісте кеңінен қолданылады.
Таза электролиттік мыстың көп бөлігі (барлық мыстың 40%-і)
электрөткізгіштер мен кабельдер жасауда қолданылады. Машина жасау өндірісі
мен электротехникада және т.б өндірісте мыстың басқа металдармен құймасы
кеңінен қолданылады. Олардың маңыздылары: жез (мыстың мырышпен құймасы),
қола (мыстың қалайымен құймасы), нейзильбер (65% мыс, 20% мырыш және 40%
никель) және мельхиор (80% мыс және 20% никель) бұның сыртқы көрінісі
күміске ұқсас келеді және константин (60% мыс және 40% никель)[12].
Мырыш - көгілдір-ақ металл. Балқу температурасы 419,58°С; қайнау
температурасы 906,2°С; тығыздығы 7,133 гсм3.
Мырыш бөлме температурасында морт сынғыш, ал 100-150°С та иілгіш,
созылғыш болып келіп жұқа қабаттарға бөлінеді. Ауамен байланыстағы мырыш
оксидтік жұқа қабатпен қапталып қараяды. Ылғалды ауа әсіресе көміртегі
диоксидімен бірге бөлме температурасында мырышты біртіндеп бұзады. Мырышты
ауада қыздырғанда жанып, мырыш оксидін түзеді [13].
Мыс және мырыштың кейбір физикалық қасиеттері 5-кестеде келтірілген.
5-кесте. Мыс және мырыштың кейбір физикалық қасиеттері[14].
Элемент Атом , Tбалқу, Тқайнау,Ион Қаттылығы Жылу
радиусы,гсм3 °С °С радиусы, (Моос өткізгішті
нм нм шкаласы ) гі (Нg=1)
Cu 0,128 896 1083 2543 0,098 3 46,2
(Э+)
Zn 0,139 7,13 419,5 906 0,083(Э2+2,5 13
)
Мыс оттегімен, күкіртпен, галогендермен және басқа да элементтермен
өздігімен әрекеттескенімен химиялық жағынан мысты азактивті металдар
қатарына жатқызады. Кернеу қатарында суктектен кейін орналасқандықтан мыс
қышқылдан оның құрамындағы сутегісін ығыстырып шығара алмайды. Сондықтан,
тұз және сұйытылған күкірт қышқылдары мыспен өздігімен әрекеттесе алмайды.
Алайда ауадағы оттегі қатысында мыс аталған қышқылдармен әрекеттесіп сәйкес
тұздарын түзеді.
2Cu + 4HCl + O2 = CuCl2 + 2H2O (11)
Бұл реакцияны екі сатыда жүреді деп жорамалдауға болады: алдымен оттегі
мысты мысоксидіне тотықтырып сосын мыс тотығы барлық тотықтар сияқты тұз
қышқылымен әрекеттесіп тұз және су түзеді. Мұндай жағдайларда тіпті ең
әлсіз қышқылдың өзі мысты біртіндеп ерітуі мүмкін, мыс азот қышқылында және
концентрленген күкірт қышқылында қыздырғанда өте оңай ериді.
3 Cu +8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
(12)
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + 2H2O
(13)
Мыс оттегімен екі оксид түзеді: мыс (II) оксиді CuO және мыс (I) оксиді
Cu2O.
4Cu + O2 →2Cu2O ∆H = –39,8 ккал · моль -1
(14)
2Cu + O2→2CuO ∆H = –37,1 ккал · моль -1
(15)
Мыс калий цианидінің KCN сулы ерітіндісімен әрекеттесіп H2 және
[Cu(CN)4]3- ионын түзеді.
Мыстың барлық қосылыстары түссіз жалынды көк немесе жасыл түске бояйды.
Мыс бірвалентті және еківалентті қосылыстар түзеді. Бірвалентті мыстың
қосылыстары еківаленнтті қосылыстарына қарағанда тұрақсыздау және үлкен
практикалық маңызға ие емес.
Мырыш кернеу қатарында сутегінің сол жағында орналасқанымен де оған су
әсер етпейді, себебі: мырыштың беткі қабатында сумен әрекеттесу нәтижесінде
түзілген гидроксид аз еритін зат, сондықтан, ол реакцияның әрі қарай
жүруіне кедергі келтіреді. Сұйытылған қышқылдарда мырыш оңай еріп, сәйкес
тұздарын түзеді. Сондай-ақ, мырыш берилийге және басқа металдарға тән
амфотерлік гидроксид түзіп, сілтіде ериді. Егер мырышты қайнау
температурасына дейін ауада қыздырса оның буы жалындап мырыштың оксидін
түзе ақшыл- жасыл жалынмен жанады.
Мырыштың қолданыс аясы әртүрлі. Барлық мырыштың белгілі бөлігі болатты
оның тот басуынан қорғап қаптауына (мырышталған болат) жұмсалады. Мырыштың
сондай-ақ көптеген мөлшері гальваникалақ элементтер дайындауға және маңызды
құймалар (мысалы, жез) әзірлеуге жұмсалады [12].
Мырыш өзінің қосылыстарында екі валентті. Zn2+ ионы түссіз және
бейтарап және қышқыл ерітінділерде болуы мүмкін. Қышқыл ерітіндіні
бейтараптау үрдісінде, шамамен рН= 6,0 кезінде Zn(OH)2 тұнбаға түседі.
Мырыш күшті тотықсыздандырғыш, ол көптеген металдарды (Mg, Mn, Fe, Ni,
Co, Cd) олардың тұздарынан ығыстырады. Мырыш азот қышқылындағы азотты
аммоний нитратына дейін тотықсыздандырады. Сілтілерде мырыш амфотерлік
оксидтер, мысалы, Na2ZnO3 түзе отырып ериді. Сілтілі ерітінділерде
(рН12,5) және аммоний гидроксидінде мырыш тұрақсыз [15].
Мырыш - амфотерлі элемент. Ол сұйылтылған қышқыл және сілті
ерітінділерінде ериді.
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑ (16)
Zn + 2KOH + 2 H2O = K2[Zn(OH)4] + H2↑ (17)
Сілтімен әрекеттесіп тетрагидрооксомырыш тұздарын түзеді.
Мырыш металл күйінде темірді қаптау, қорытпалар(мельхиор, жез) алу үшін
қолданылады.
Мыс, мырыш және оның қосылыстарының физикалық және химиялық қасиеттері
жөнінде мәліметтер[3,14] оқулықтарда толық келтірілген.
1.4 Мыс пен мырыштың электрохимиялық қасиеттері
Электрохимиялық қасиеттері бойынша мыс салыстырмалы түрде асқын
кернеулігі аз және ток алмасуы бойынша онша төмен емес металдарға жатады.
Сондықтан, жай ерітінділерде мыс салыстырмалы түрде қиын поляризацияланады.
Мыс электродындағы электрохимиялық реакциялардың стандартты электродтық
потенциалдары 6-кестеде келтірілген.
Мыстың электрохимиялық қасиеті көп жағдайда поляризация жағдайына
тәуелді. Электролит құрамы, әсіресе, аниондардың құрамы мыстың
электрохимиялық қасиетіне әсер етеді.
Күкірт қышқылы мен мыс сульфаты ерітінділерінде мыстың анодты тотығуы
және катодтық тотықсыздануы кезінде жүретін үрдістердің табиғаты мен
механизмі толық зерттелген [16]. Әдебиеттегі мәліметтерге зер салсақ, мыс
электродындағы реакциялар сатылы түрде жүреді деп көрсетілген [17].
Ерітіндіде мыстың бір және екі валентті иондары болуына байланысты, онда
диспропорциялану реакциясы жүруі мүмкін:
Cu°+Сu2+ ↔ 2Cu+ (18)
Тепе-теңдік бойынша ерітіндіде мыс иондарының арасында мына байланыс
орындалуы қажет:
(19)
Тепе –теңдік константасының шартты мәні 25°С кезінде шамамен 1·106, ал
1г-ион л екі валентті мыс ионы бар сульфатты ерітіндідегі бір валентті мыс
иондарының концентрациясы келесі мәнді құрайды:
(20)
яғни, бір валентті мыс иондарының концентрациясы екі валентті иондарының
концентрациясынан 1000 есе аз екенін көруге болады .
Тепе-теңдік констатасының осындай мәндерінде ерітіндіде мыс (І)
иондарының концентрациясы өте аз, 25°С -та 10-3 эквл-ге және
55°С-та 5*10-3 экв л-ге тең болады.
6-кесте. Мыс электордындағы кейбір электрохимиялық реакциялардың стандартты
электродтық потенциалдары
Электрохимиялық реакциялар Е0,В (қсэ)*
1.Cu → Cu+ + e- 0,520
2. Cu+ → Cu2+ + e- 0,153
3. Cu → Cu2+ + 2e- 0,337
4. Cu + Cl¯ → CuCl + e- 0,137
5. Cu + Br¯ → CuBr + e- 0,03
6. Cu + 2I¯ → CuJ2¯ + e- 0,00
7. CuCl → Cu2+ + Cl¯ + e- 0,538
8. CuBr → Cu2+ + Br¯ + e- 0,640
9. CuI → Cu2++I¯ + e- 0,86
10.2Cu + H2O → Cu2O + 2H¯ + 2e- 0,471
11. Cu + Н2О → CuО + 2Н+ + 2е- 0,570
12. Cu2О + 2Н+ → 2Cu2+ + Н2О + 2е- 0,203
13. Cu2О + Н2О → 2CuО + 2Н+ + 2е- 0,669
14. Cu + 2Н2О → Cu(ОН)2 + 2Н+ + 2е- 0,609
15. Cu + 2Н2О → НСuО2¯ + 3Н+ + 2е- 1,127
16. Cu + 2Н2О → CuО22- + 4Н+ + 2е- 1,515
17. Cu+ + 2Н2О → НCuО2¯ + 3Н+ + e- 1,73
18. Cu + 2Н2О → CuО22- + 4Н+ + e- 1,52
19. Cu2О + 3Н2О → 2НСuО2¯ + 4Н+ + 2е- 2,51
20. Cu + SCN¯ → CuSCN + e- -0,27
21. Cu + J¯ → CuJ + e- -0,185
22. Cu + 2NH3 → [Cu(NH3)2]2+ + e- -0,12
23. Cu + 4NH3 → [Cu(NH3)2]2+ + 2e- -0,05
24. CuCN → Cu2+ + CN¯ + e- 1,12
25. CuH → Cu + Н+ + e- -2,775
26. 2Cu + S2- → Cu2S + 2e- -0,93
27. Cu + S2- → CuS + 2e- -0,79
28. Cu + 2CN¯ → [Cu(CN)2]¯ + e- -0,43
*қсэ- қалыпты сутегі электроды
Катодты процестің сатылы жүретіндігінің тәжірибелік дәлелдемесі
ретінде, [18]- жұмыстар авторларының сақинасы бар айналмалы дискілі
электродта алынған мәліметтері дәлелдейді. үрдіс сатылы жүрген жағдайда,
электрод үлкен жылдамдықпен айналған кезде, аралық өнімнің бір бөлігі толық
тотықсызданып үлгере алмайды да, центрден тепкіш күш арқылы дискінің
перифириялық аумағына өтіп кетеді. Осы кезде, аралық өнімнің (бір валентті
мыс) тотығу тогы бойынша сақиналы электродта анықтауға болады .
Қышқыл және бейтарап хлоридті ерітінділерде мыс электродындағы анодты
поляризация кезінде жүзеге асатын процестер қазіргі уақытта жете
зерттелінген деуге болады [19]. Тұз қышқылды ортада ионизация механизмі мен
берілетін потенциал арасында тәуелділік болады [20]. φ0,10В кезінде мыс
екі валентті күйге дейін тотығады, ал φ0,15В кезінде тек бір валентті
күйге дейін тотығады [18].
Хлоридті ерітінділерде мыс комплексті қосылыстар түзе отырып ериді, бұл
кезде мыс электродының бетінде хлорид-иондар адсорбирленеді де, CuCI-(адс)
типті өтпелі қосылысын түзеді. Бұл қосылыстың ионизациясы электрод бетінде
CuCI(адс) түзілуіне әкеледі:
CuCI¯(адс) – еˉ
=CuCI(адс) (21)
Бұл келесі жүретін барлық реакциялар үшін бастапқы компонент болып
табылады. Тұз қышқылы ерітіндісінде мыстың тотығуы кезінде +0,1В
потенциялында тек CuCI+, CuCI2¯, CuCI2ˉ3 типті иондар түзіледі, ал түзілген
өнімдердің беті CuCI жұқа қабығымен қапталады. Потенциалды одан әрі
жоғарылату анодты ток тығыздығының өсуіне әкеледі. Ол негізінен, мыс (ІІ)
иондарының түзілуімен байланысты. Хлорид-иондарының концентрациясын арттыру
да анодты ток тығыздығының өсуіне жағдай жасайды. Бұл кезде поляризациялық
қисықтың активті бөлігі потенциалдың теріс мәнді бағытында жылжығаны
байқалады [21].
[22] еңбектің авторлары NaCI ерітіндісінде мыстың электрохимиялық
қасиетін зерттеу кезінде токтың 3 анодтық максимумдарын байқаған. Бірінші
толқынның потенциялы электрод потенциялының ығысуының жылдамдығына
тәуелсіз, яғни электродта жүріп жатқан реакция қайтымды сипатқа тән.
Бірінші анодтық толқынның шамасы 0,5 дәрежесіндегі потенциал ығысуының
жылдамдығына пропорционал болуы кейбір авторлардың [23] мәліметтері бойынша
CI¯ иондарының жеткізілуінің әсері айтарлықтай екендігін көрсетеді.
Концентрациясы 1 М CuCl ерітіндісінде поляризациялаған мыс электродының
беттік күйін сканирлеуші электронды микроскоп арқылы зерттегенде CuCuCl
қайтымды потенциалға қарағанда анағұрлам оң потенциалдарда борпылдақ және
біртекті құрылымы жоқ CuCl түзілетіндігін көрсетті. Потенциалдың өсуімен
CuCl жұқа қабығымен экранирленген электрод бетінің үлесі жоғарылайды, ал
толқынның байқалу потенциалынан жоғары потенциалда мыстың беті толық CuCl
қабатымен қапталады, ол ток тығыздығының төмендеуіне әкеледі.
Оттексіздендірілген ерітінділерде мыстың анодты еруі, CuCuCl қайтымды
потенциалы шамасынан аз потенциалдарда басқаша механизммен өтеді:
Cu + 2Clˉ = CuCl2ˉ + eˉ (22)
Ерітінді көлемінде CuCl2ˉ иондарының диффузиясы процестің бақылаушы
сатысы болып табылады.
Әлсіз сілтілі және қышқылды хлоридті ерітінділерде мыстың анодты
тотығуын зерттеу нәтижелері ерітіндідегі хлорид иондардың мөлшеріне және
берілген потенциал шамасына байланысты бір валентті Cum-(m-1) немесе CuCl
иондарының комплексті қосылыстарының түзілуі мүмкін екендігін көрсетті.
Мыс(I) хлориді комплекстерінің гидролиз реакциясы нәтижесінде мыс(I) оксиді
түзіледі.
Сілтілі ерітінділерде мыстың анодты еруі кезінде жүретін
электрохимиялық процестер бірқатар авторлар еңбегінде келтірілген [24].
[25] еңбектерінің авторлары сілтілі ерітінділерінде мыстың тотығуы
екі саты арқылы өтеді және бірінші сатыда бір валентті мыс (I) оксиді
түзіледі деп есептейді. Сонан соң, екі валентті мыс иондары мыс (II) оксиді
және гидроксиді түзіледі. Оксидті және гидроксидті қабаттардың пайда болуы
электродтың пассивтелуіне және оттегінің бөлінуіне әкеледі.
Н.Н. Милютин еңбектерінде [26] 1М және 10 М калий гидроксиді
ерітінділерінде аммоний сульфаты қатысуымен және қатысынсыз мыстың анодты
тотығуы келтірілген. Автордың мәлімдеуі бойынша, аз поляризация кезінде
мыс(I) оксиді түзілуі жүреді, ал мыс (I) оксиді және мыс (II) оксиді тепе
теңдігі потенциалынан жоғары поляризация кезінде ерітіндіде куприт иондар
түзе отырып, электродтың активті тотығуы жүреді, одан ары электрод жаңа
қабатының осы иондармен қанығуына және мыс(II) оксидтерінің түзілуіне
жалғасады. Автор мысты сілтілі ерітінділерде поляризациялау кезінде
электрод бетінде мыс(II) оксиді түзіледі және сілті концентрациясын
жоғарылау мыс гидроксиді түзілуін бәсеңдетеді деп қорытындылаған.
Мыс электродын 7 Н КОН ерітіндісінде, анодты тотықтыру кезінде,
потенциостатикалық қисықтарда үш активті бөлік көрсетілген. Алғашқы анодтық
үрдіс өнімі - мыс(I)оксиді, келесісі - мыс(II) оксиді. Токтың үшінші
көтерілуі Cu2O3 және CuO2·H2O типті оксидті қосылыстардың түзілуімен
байланысты.
[27] еңбекте мыстың литий, натрий және калий гидроксидтері
ерітінділеріндегі қасиеті зерттелген. Мыс электродын анодты поляризациялау
кезінде сілтілі ерітінділерде оттегінің бөліну потенциалына дейін екі
толқынға ие және толқын биіктігі LiOHNaOHKOH қатарында кемитіндігі
көрсетілген. Ток максимумы биіктігінің өзгеруі электрод бетінде түзілген
мыс оксиддтері мен гидроксидтерінің ерігіштігіне байланысты екендігі
анықталған. Мыс гидроксиді – сілті жүйесінде комплекс түзу жылдамдығы
КОНNaOHLiOH қатарында артады, ал, дегидрататция жылдамдығы төмендейді.
[28] еңбек авторлары калий нитраты ерітіндісінде мыс (ІІ) гидроксидін
электрохимиялық алу кезінде гидроксидтің түзілуі алғашқыда анод бетінде
сазды – сары мыс (ІІ) оксиді қабатының түзілуі арқылы жүретіндігін
анықтаған. Авторлар күшті сілтілі ерітінділерде мыс қасиетін зерттей келе,
электрод бетін мыс (І) оксиді, ал оның бетін мыс (ІІ) гидроксиді қабатымен
жабылатынын көрсетті.
Сонымен, әдеби деректерге талдау жасай отырып, анодтық поляризация
кезінде мыс электродында жүзеге асатын әр түрлі процестердің барлығы дерлік
қазіргі уақытта жете зерттелінген деуге болады.
Стационарлы емес токпен поляризациялау кезіндегі мыстың сулы
ерітінділеріндегі электрохимиялық қасиетін бірқатар ғалымдар зерттеген [29,
30, 31].
[24] – еңбек авторлары мыс ұнтақтарын алу кезіндегі стационарлы емес
ток режиміндегі электролиздің артықшылығын көрсеткен.
Электрохимиялық қасиеті бойынша мырыш – катодта салыстырмалы түрде аз
аса кернеулікпен бөлінеді және жоғары алмасу ток мәніне ие. Мырышта сутегі
бөлінуінің аса кернеулігі жоғары болғандықтан, қышқылды ерітінділерден
жоғары ток бойынша шығынмен бөлінуін қамтамасыз етеді. 0,5М күкірт
қышқылымен қышқылданған 1М ZnSO4*7H2O ерітіндісін электролиздеу нәтижесінде
99,99% тазалықтағы мырышты алуға болады. Электролизді ағаш немесе
цементтелген ванналарда жүргізеді. Катод ретінде алюминий, анод ретінде
қорғасынды қолданады, ток тығыздығының мәні 2-4 Адм2 (катодта). Мырыш
сульфатының қалыпты жағдайдағы айырылу потенциалы 2,35 В.
Мырыш электродындағы кейбір электрохимиялық реакциялардың стандартты
электродтық потенциалдары 7– кестеде келтірілген.
Мырыштың қышқыл, нейтрал ерітінділерінде анодты тотығу кезінде жүретін
үрдістердің табиғаты мен механизмі толық дерлік зерттелген [16].
[32] жұмыс авторлары мыс пен мырыштың фосфатты ерітінділерде еріуін рН
4,5–11,7 аумағында зерттеп, катодты реакциалардың жылдамдығы фосфатты
ерітіндінің рН мәніне тәуелді екенін және мырыш үшін рН 9,5, ал мыс үшін
11,7 екенін анықтаған.
7-кесте. Мырыш электродындағы кейбір электрохимиялық реакциялардың
стандартты электродтық потенциалдары
Электрохимиялық реакциялар Е0,В (қсэ)*
1.Zn→Zn2++2e- -0,736
2.Zn+2H2O→Zn(OH)2(орторомб.)+2H++2 e- -0,439
3.Zn+2H2O→Zn(OH)2(амф.)+2H++2e- -0,400
4.Zn+2H2O→HZnO¯+3H++2e- -0,054
5.Zn+2H2O→ZnO22-+4H++2e- -0,441
6. Zn+S2-→ZnS+2e- -1,44
7. Zn+4CN¯→[Zn(CN)4]2-+2e- -1,26
8. Zn+CO32-→ZnCO3+2e- -1,06
9. Zn+4NH3(сулы)→[Zn(NH3)4]2++2e- -1,04
* қсэ – қалыпты сутегі электроды
1.5 Электрохимиялық кинетика жөнінде түсінік
Электрохимиялық кинетика – электродтық процестердің жылдамдығын
зерттейтін теориялық электрохимияның бір бөлімі. Электрод – ион жүйесінің
шекарасы арқылы өтетін электрлік ток электродтық процестердің (Фарадей
тогы) жүруімен және қос электрлік қабаттың (зарядталу тогы) зарядталуымен
байланысты. Егер уақыт бойынша электрод бетінің қасиеті өзгермесе электорд
арқылы өткен ток электродты үрдістің жылдамдығы және электродтар
өлшемдері арқылы анықталады. Бұл жағдайда ток тығыздығы і электрохимялық
реакция жылдамдығының өлшемі болып табылады. Егер электрод тепе – теңдік
потенциялында тұрса Ет, онда і =0. Электр тогын электрод арқылы өткізгенде
электрод потенциалы тепе–теңдік потенциалынан Ет электрод поляризациясы ΔЕ
деп аталатын мәнге ауытқиды. ΔЕ мәніне әдетте “аса кернеулік” терминін
қолданады. Электрод поляризациясы электродтық процестің соңғы жылдамдығына
байланысты, сондықтан ол ток тығыздығының функциясы болып табылады.
Потенциал айырымының ΔЕ ток тығыздығына і (немесе ток тығыздығының і
потенциал айырымына ΔЕ) функциялық байланыстылығы электродтың
поляризациялық сипаттамасы деп аталады. Электрохимиялық кинетиканың мақсаты
электродтық үрдістердің жылдамдығын реттейтін электродтардың поляризациялық
сипаттамасы бағынатын жалпы заңдылықтарды орнату болып табылады.
Электрохимиялық кинетиканың алдына қойған мақсатының орындалуы практикалық
маңызға ие, берліген ток тығыздығында ΔЕ поляризациясының төмендеуі ПӘК-ін
жоғарылатады. Электрохимиялық кинетика металдарды коррозиядан
электрохимиялық қорғаудың теориялық негізі болып табылады.
Электродтық процестер гетерогендік болып табылып, сондай - ақ бірінен
соң бірі орындалып отыратын сатылардан тұрады. Мұндағы жалпы ΔЕ
поляризация сәйкес жекеленген сатылардағы ΔЕ j поляризациялардың
жиынтығымен анықталады. ΔЕ мәнінің жиынтығында ең жоғары мән көрсететін
саты лимиттеуші деп аталады, ол поляризациялық сипаттаманың түрін
анықтайды. Лимиттеуші сатыны анықтау үшін зерттелініп жатқан электродтық
үрдістің заңдылықтарын әр түрлі сатылардағы заңдылықтармен салыстырады.
Лимиттеуші сатының анықталуы шарттарды өзгерту арқылы электродтық
процестің жылдамдығын керек бағытқа өзгертуге мүмкіндік береді.
Барлық электродтық үрдістерде әрекеттесуші заттардың массалмасу сатысы
(электродтың бетінен немесе оның бетінен көлемге) және фаза бөлшектерінің
шекарасы арқылы зарядталған бөлшектердің өтуімен байланысты разряд –
ионизациялану сатысы орын алады. Бірақ, егер массалмасу сатысы кез – келген
гетерогендік үрдіске қатысса, онда разряд ионизациялану сатысы арнайы
электрохимиялық саты болып табылады. Сондықтан, электрохимиялық кинетиканың
түсіндірілуінде теориялық электрохимияға разряд - ионизациялану сатысының
кинетикалық заңдылықтарын сипаттайтын жылдамдатылған разряд теориясы
жобасымен байланыстырады (М. Фолшер, Т. Эрдей - Груэ, А. Н. Фрумкин, 1930
– 1933). Осы теорияға байланысты Ох +nе ↔ Red күйіндегі электродтық
үрдістің поляризациялық сипаттамасы мына теңдеуменен анықталады:
і =і0 {ехр [αn Fη R T] – ехр[ - ( 1 – α) n ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz