|
Реферат: Сравнительный анализ моделей обратимого электрорастворения серебра с поверхности твердого электрода (Доклад) (Химия)
Метрологические характеристики метода инверсионной вольтамперометрии
существенным образом зависят от кинетических особенностей процессов разряда-
ионизации. Метод инверсионной вольтамперометрии может быть применен для
изучения кинетики электрохимических реакций, однако он в основном
используется как эффективный метод определения малых количеств
неорганических и органических веществ. Известен ряд моделей, описывающих
обратимое электрохимическое растворение металла с поверхности твердого
электрода, однако сравнительный анализ этих моделей не проводился. Решением
уравнений, описывающих каждую из приведенных моделей, является функция,
определяющая форму вольтамперной кривой.
Модель Никольсона - Шейна базируется на уравнении Шевчика - Рендлса для
осциллографической полярографии. Это уравнение было решено и дополнено
рядом авторов, таких как Мацуда и Аябе, Рейнмут, Гохштейн. В модели
Никольсона - Шейна образование новой фазы на поверхности электрода не
является обязательным условием.,
Модель Делахея - Берзинса предполагает образование объемного осадка
металла на поверхности электрода. При этом активность осадка с момента
начала электрокристаллизации предполагается равной 1.
Модель Маргарет Никольсон описывает вольтамперную кривую растворения
незаполненного монослоя металла. В этих условиях активность осадка на
электроде является функцией времени.
Модель Брайниной предполагает существование микро- и макрофазы металла
на поверхности электрода. Для малых количеств металла на электроде -
микрофазы - активность зависит от его количества. Для макрофазы активность
не зависит от количества металла на электроде и равна активности объемного
осадка. Микро- и макрофазы и определяют наличие двух энергетических
состояний металла на электроде.
Таким образом, модель Никольсона - Шейна не учитывает образование новой
фазы, модели Делахея - Берзинса и Маргарет Никольсон описывают два
предельных случая существования осадка металла на электроде, а модель
Брайниной является обобщением двух предыдущих подходов. Для проверки этих
теоретических соотношений в качестве модельного примера нами было
использовано серебро, поскольку, согласно литературным данным, процесс
разряда-ионизации серебра с поверхности графитовых электродов является
близким к обратимому.
Для теоретических моделей обратимого электрорастворения металла нами
рассчитаны значения функций, описывающих форму вольтамперных кривых, и
построены их графики с параметрами, максимально близкими к проведенному
эксперименту.
Экспериментальную кривую электрохимического растворения серебра
получили на вольтамперометрическом анализаторе АВА-1. Использовали H-
образную 3х-электродную ячейку с пористой перегородкой между рабочим
электродом и электродом сравнения. В качестве вспомогательного электрода и
электрода сравнения использовали платину. Потенциал платинового электрода
сравнения относительно хлоридсеребряного электрода составлял -0.56 В. В
качестве рабочего электрода использовали углеситалловый дисковый электрод.
На рисунке показан рабочий цикл анализатора АВА-1, который использовался
при получении экспериментальной вольтамперной кривой электрохимического
растворения серебра. Потенциал регенерации +0.3 В, время регенерации 30
секунд, потенциал электролиза (электролиз при вращающемся электроде) -0.9
В, время электролиза 60 секунд, потенциал успокоения -0.8 В, скорость
развертки потенциала 0.1 В/с.
Мы сравнивали расчетные и экспериментально полученные вольтамперные
кривые по следующим параметрам: по потенциалам и высотам пиков, левой,
правой полуширине и их отношению, и уравнениям касательных, проведенных в
точках, определяющих полуширину. На рисунках представлены вольтамперные
кривые соответствующих моделей.
1) не нормированные
2) нормированные нами по потенциалу
3) нормированные нами по потенциалу и по высоте.
Из приведенных данных видно, что по потенциалам наиболее близки к
эксперименту модели Никольсона - Шейна, Маргарет Никольсон и Брайниной, а
по высотам модели Делахея - Берзинса и Брайниной. Исходя из полуширин пиков
и уравнений касательных в точках, определяющих полуширину, форму
экспериментальной кривой лучше описывают модели Делахея - Берзинса,
Маргарет Никольсон и Брайниной.
Таким образом, сравнительный анализ показал, что процесс разряда-
ионизации серебра является обратимым. Из рассмотренных теоретических
зависимостей следует, что экспериментальные данные нельзя однозначно
описать ни моделью монослойного покрытия, ни моделью объемного осадка.
Можно предположить, что на поверхности электрода одновременно присутствуют
две фазы: адсорбированный монослой и объемные зародыши металла. Отсюда
следует, что универсальная модель до сих пор не разработана и что
эксперимент должен описываться моделью, допускающей одновременное
существование металла на электроде в двух различных фазовых состояниях.
Реферат на тему: Сталь и чугун
ПРИЛОЖЕНИЕ (краткое изложение)
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Сырье: железная руда.
Вспомогательные материалы: кокс (иногда природный газ), воздух,
обогащенный кислородом, флюсы (известняк, доломит).
Основной химический процесс: содержащийся в руде оксид железа (III)
восстанавливается оксидом углерода (II):
[pic]
Кокс сгорает до оксида углерода (IV), при этом выделяется теплота,
необходимая для расплавления железа, шлаков, а также проведения самой
реакции:
[pic]
Оксид углерода (IV) восстанавливается коксом до оксида углерода (II):
[pic]
Побочные процессы: одновременно восстанавливаются оксиды других элементов,
содержащихся в железной руде:
[pic]
Содержащаяся в руде тугоплавкая примесь (оксид кремния) удаляется в
виде шлака взаимодействием с оксидом кальция:
[pic]
Оксид кальция образуется при разложении известняка или доломита:
[pic]
Особенности технологического процесса: чугун получают в специальных
печах — домнах. В верхнюю часть домны (колошник) подают последовательно
сырье и вспомогательные материалы, в нижнюю (горн) продувают противотоком
воздух, предварительно нагретый в регенераторе за счет сжигания
колошникового газа. Производство непрерывное (однако засыпание шихты и
выпуск чугуна производятся периодически), используются теплота реакции и
принцип противотока.
Основной продукт: чугун.
Состав: сплав железа, содержащий более 2,5% С; 0,3—5% Si; до 1% Mn;
0,1% S и 0,2% Р, иногда легирующие металлы (Аl, Сr, Ni и др.).
Свойства: самый дешевый металлический материал, обладает хорошими
литейными и антифрикционными свойствами, износостойкостью, способностью
гасить вибрации. Различают передельный, литейный и легированный чугун.
Легированный чугун отличается жаростойкостью и коррозионной стойкостью.
Применение: передельный чугун — для производства стали; литейный — для
изготовления поршней, цилиндров, тормозных барабанов, шестерен, деталей
автомобилей (задний мост, картер, ступицы и др.); легированный — для
изготовления дверец мартеновских печей, колосников, деталей паровых котлов,
печной арматуры, футерованных плит, газотурбинных установок.
Побочные продукты: шлак, колошниковый газ.
Утилизация побочных продуктов: шлак используют при производстве гравия,
щебня, цемента, шлаковой ваты, колошниковый газ — для обогрева
воздухонагревателей.
ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
Сырье: чугун, металлолом, оксиды железа.
Вспомогательные материалы: воздух, обогащенный кислородом, добавки
(например, оксид кальция, ферромарганец).
Основной химический процесс: содержащиеся в жидком чугуне элементы
(углерод, кремний, марганец, фосфор и сера) окисляются кислородом:
[pic]
Образовавшийся оксид железа (II) тоже принимает участие в окислении
примесей:
[pic]
Оксиды кремния и фосфора с известью образуют шлак:
[pic]
Побочные процессы: для удаления образующегося оксида железа (II)
добавляют ферромарганец (так называемый раскислитель):
[pic]
Оксид марганца (II) переходит в шлак:
[pic]
Особенности технологического процесса:
1) кислородно-конверторный способ. Окисление примесей проводят в
специальных аппаратах— конверторах продуванием воздуха через расплавленный
чугун (нижнее дутье) или кислорода над расплавом (верхнее дутье);
2) мартеновский способ. Примеси окисляют в мартеновских печах,
пропуская предварительно нагретый в регенераторах воздух и топочные газы
над расплавленным чугуном. Производство периодическое.
Основной продукт: сталь.
Состав: сплав железа, содержащий менее 2% С, 0,35% Si, 0,6% Mn, 0,06%
S, 0,07% Р, легирующие металлы (Со, Cr, Ni, W, A1 и др.).
Свойства: высокая прочность, пластичность, свариваемость,
жаростойкость, износостойкость.
Применение: конструкционные материалы, в строительстве, производстве
труб для газо- и нефтепроводов, деталей машин и механизмов (оси, шестерни,
пружины, коленчатые валы), аппаратов и деталей в химическом машиностроении.
Побочные продукты: шлак, отходящий газ.
Утилизация побочных продуктов: шлак, содержащий фосфор, используют в
качестве минеральных удобрений.
Новейшим направлением в производстве стали является прямое
восстановление железной руды водородом, природным или генераторным газом,
минуя доменные процессы. При этом получают губчатое железо, состав которого
в отличие от доменного чугуна очень близок к стали. Мартеновский способ в
настоящее время также устарел. Гораздо более прогрессивными являются
конверторный и электроплавильный. Происходит бурное развитие технологии
непрерывной разливки стали благодаря ее исключительно высокой
эффективности. Основными направлениями экономического и социального
развития до 2000 г. предусмотрено увеличить выплавку конверторной стали и
электростали в 1,3—1,4 раза, разливку стали непрерывным способом не менее
чем в 2 раза и выпуск металлических порошков более чем в 3 раза.
| |
