Способ определения потенциала нулевого заряда твердого металла в растворе электролита

Способ определения потенциала нулевого заряда твердого металла в растворе электролита

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА НУЛЕВОГО ЗАРЯДА ТВЕРДОЮ МЕТАЛЛА В РАСТВОРЕ ЭЛЕКТРаЛИТА , заключающийся в измерении зависимости параметра, характеризующего взаимодействие раствора электролита с поверхностью меташи-гческого электрода, от потенциала этого электрода и определении величины потенциала, при которой зависимость имеет максимук о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что, с целью повыщения экспрессности определения и обеспечения возможности автоматизации измерений, в качестве характеризующего параметра регистрируют интервал времени межлу появлением отдельных пузырьков, образующихся при пропуска-Щ1И инертного газа или непшярной жидкости через капилляр в раствор электролита при постоянном перепаде давления газа или неполярной жидкости на капилля ре,а В качестве металламеского электрода . используют слой металла, нанесенный на открытый торец капилляра, погруженный В раствор.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3 501987/18-25 (22) 20.10.82 (46) 15.04.84. Бюл. № 14 (7 2) Е, К), Кац (53 ) 523. 61 2.3 (088.8) (56) 1. Фрумкин А.Н, Потенциалы нулевого заряда. М., "Наука, 1979, с. 115.

2. Укше E.A. Левин А.И. О потенциалах нулевых зарядов меди и хрома, Доклады АН СССР, 1955, № 1, т. 105, с, 1 1 9-1 22 (прототип). (54 ) (57 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН ИЯ ПОТЕНЦИАЛА НУЛЕВОГО ЗАРЯДА ТВЕРДОГО МЕТАЛЛА В РАСТВОРЕ ЭЛЕКТРОЛИТА, заключаюшийся в измерении зависимости параметра, характеризуюшего взаимодействие раствора электрщтита с ((9>SU((((108 3 А

g g С 01 М 13/02 Cj 01 N 27/25 поверхностью металлического электрода, от потенциала этого электрода и определении величины потенциала, при которой зависимость имеет максимум, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения экспрессности определения и обеспечения воэможности автоматизации измерений, в качестве характеризуюшего параметра регистрируют интервал времени между появлением отдельных пузырьков, обраэуюшихся при пропускании инертного газа или непслярной жидкости через капилляр в раствор электролита при постоянном перепаде давления газа или неполярной жидкости на капилляР ре,а в качестве металлического электрода щ используют слой металла, нанесенйый на открытый торец катцтляра, погруженный в раствор.

1086368

Изобретение относится к электрохимии, а именно к способам определения потенциадов нулевого заряда твердых металлов, и может быть использовано дпя определения потенциалов нулевого заряда твердых MeraKnoB в растворах здектропи,тов в воде и органических рас твори топях.

Известен способ определения потенциапа нулевого заряда твердого металла в растворе электролита, заключающийся в измерении зависимости дифференциадь ной емкости двойного электрического споя на границе электрод-раствор or величины потенциала электрода и определении потенциала электроде, при котором зта зависимость проходит через мини Г13.

Однако область применимости способа ограничивается разбавленными растворами эдектрапитов, так как с ростом концентрации раствора уведичивается ошибка опредедения, обусловпенная разницей между измеряемой величиной и нудевым потенциалом, Наиболее бдизким и изобретению явдяется способ определения потенциада нулевого заряда твердого металла в растворе здектропита, заключающийся в измерении зависимости параметра, характеризующего взаимодействие рас творе электролите с поверхностью металлического электрода, от потенциала этого электроде и опредедении величины потенциала, при котором зависимость имеет максимум. В качестве параметра взаимодействия используют ведичину краевого угла смачивания, определяемого по методу пузырька газа, дежещего не поверхности эпектроде в электролите.

Электрод электрохимически поляриэуют относи тельнo вспомогательного электрода и регистрируют зависимость краевого угла от потенциала эдектрода, тек называемую электрокапидлярную кривую (2j .

Недостатками способа являются бопьщая длительность измерений, обусловленная сложностью точного измерения краевого угле, и невозможность автоматизации измерений, так как краевой угсл определяется путем геометрического обмера пузырьке.

Бель изобретения - повышение экспрес сности опреданения и сбеспечение воэможности автоматизации измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу опредапения потенциале нулевого заряда твердого металла в растворе электролита, заключаю щемуся в измерении зависимости параметра, характеризующего взаимодействие раствора электропита с поверхностью металлического электрода, or потенциала этого электрода и определении величины потенциала, при которой зависимость имеет максимум,в качестве характериз ощего параметра регистрируют интервал времени между появлением отдельных пузырьков, образующихся при пропускании инертного газа иди непопярной жидкости через капилляр в раствор электролита при п стоянном перепаде давпения газа иди неполярной> жидкости на капилляре, а в качестве метелдиIecKDpo электрода используют слой метапда, нанесенный на открытый торец капидляра погруженный в раствор.

Теоретическое обоснование предпагаемого способа связано с рассмотрением сид, действующих не пузырек газа на торце капилляра, Анализ этих сил и условия их равновесия свидетельствуют о том, что объем отрывающихся пузырьков зевисит от величины краевого угла смачивания, Поскопьку при постоянном перепаде давления на капилляре, достаточном ддя отрыва пузырьков, объемная скорость выхода газа иэ капидляре практически постоянна и не зависит от потенциале электрода, ro интервап времени между отдельными отрывающимися пузырьками

35 является -.àêæå функцией краевого угде.

Поскольку ну,пеной потенциал равен потенциалу, при котором производная краеасго угда по потенциалу равна нулю

40 (максимум эдектрокепиддярной кривой) > то аналогичный вывод справедлив и дпя производной периода появления пузырьков по потенциалу электрода, нанесенного в виде слоя на торец кепышяое, Аналогичные рассуждения справедпивы и дпя слу45 чая пропускания инертной непопярной жидкости через капилляр, когда образуются не пузырьки газа, а капли жидкости, На фиг. 1 изображена злектрохимическея ячейка дпя реализации способа; на

50 фиг.2 — блок-схема устенрвки для опре» деления потенциала нулевого заряпа твердого металла в растворе электролита.

Злектрохимическая ячейка состоит из корпуса 1, выполненного из стекле.

Ячейка содержит вертикально расположенный стекдянный капилляр =, один конец которого находится снаружи ячейки и соединен со стекдянным креном 3, 1086368

Другой конец капилляра находится внутри ячейки и имеет открытое отверстие

4, Торец капилляра вокруг этого отверстия покрыт слоем исследуемого металла, который образует измерительный электрод. Всгомогательный электрод 6 из платины или эапота выполнен в виде мастины, впаянной в стекло, и имеет поверхность в 10-100 раз больше измерительного электрода, К измерительнсь- 10 му электроду сбоку подведен капилляр

1 . Лугина 7, соециненный солевым мостиком

8 с электродом сравнения 9, Вокруг оси,являющейся продопжением основного капилляра с внешней части ячейки, распопожены индикаторные электроды 10 дпя высокочастотных измерений. Эти электроды могут быть емкостными ипи инцуктивными. Емкостные индикаторные электроды выпопнеНЫ В ВиДе дВуХ ИЗОГНу-20 тых пластин, oxBB Tb)BG>OIIlBx снаружи корпус ячейки. Индуктивный индикаторный электрод выполнен в виде катушки провопоки, намотанной снаружи на корпус ячейки. В обоих случаях индикатор- 25 ные электроды не имеют контакта с рас» твором электролита. Ячейка имеет стеклянный капилляр 11 для продувки раствора электролита инертным газом и водяной aaraop 12 дя,,выхода инертнс З0 го газа. В нижней части ячейки расположен сливной кран 13. Электрохимическая ячейка может быть выполнена, в двух вариантах. Первый вариант пред ;

/ назначен для измерений с использованиел электрохимически инертного газа или непопярной жидкости, имеющей плотность меньше, чем плотность раствора элеки ролита. В данном варианте стеклянный капилляр 2 для подачи газа иди не олярной40 жидкости введен в ячейку снизу и его огверстке 4 обращено вверх. Второй вариант предназначен для измерений с использованием неполярной жидкости, имеющей плотность больше, чем плотность раствора 4 электролита. В данном варианте стеклян ный капилляр 2 предназначен для подачи ,нецолярной жидкости Введен в ячейку сверху u его отверстие 4 Обращено вниз.

Электрохимическая ячейка имеет сле- 0 дующие связи с остальными элементал и устройства (фиг. 2): измерительный . электрод 5, вспомогательный электрод

6 и электрод сравнения 9 соединены с полярографом 14, индикаторные электро- 55 ды 10 соединены с прибором дпя высокочастотных измерений 15, который соединен с последовательно установпенными электронным пересчетным устройством

16, цифропечатаюшим устройством 17, электронным самописцем 18, кран 3 на внешнем конце капилляра соединен с емкостью для газа или непопярной жидкости.

Электрохимическая ячейка работает следующим Образом.

Раствор электролита в ячейке продувают инертным газом (гелием, аргоном или азотом) через капилляр 11 дпя удаления воздуха„после чего процувку прекршцак т. На индикаторные электроды

10 подают высокочастотное напряжение, На измерительный электрод 5 подают на чальный потенциал. Открывают кран 3, соединяющий стекпянный капилляр с ем костью, содержащей злектрохимически ! инертный газ или неполярную жидкость, Проходя но капилляру 2, газ образует на его отверстии 4 пузырек, вырастающий до определенного размера и затем срывающийся с отверстия. Аналогично, непопярная жидкость Образует Hà or веостии 4 каплю, вьрастаюшую до оггределенного размера и затем срывающуюся с отверстия. Пузырек газа или капля жидкости проходят мимо индикаторных электродов 10, в результате чего образуется сигнал в высокочас- тотной измерительной цепи. Регистрируют изменение электрического парамет ра B высокочастотной измерительной цепи в момент прохо;кдешы пузырька газа спи капли неполярной жидкости мимо емкостньО. (иди инц;.ктивных, инд>жагорш-.ix электродов. Импульс напряжения в высокочастотной измерительной цепи запускает электронное пересчетное, устройство 16. Следующий такой же-: имнул с, вызванный прохо>кцеинем ноВого пузырька газа (или капли непопярной жидкости), осганавпивает электронное пересчernoe устройство и запускает счет вновь. Электронное пересчетное

ycrpolicrâo при Оксчгчании каждого счета подает сигнал на цифропечдтаюшее ус; ройсгво 17, которг одновременно является преобразователем сигнгда из щ фровой в аналоговую форму. Далее сигнал

ПОдашт На ЗЛЕКтрОШ Ый СаМОПИСец 18, синхронизированный с полярографом 14.

В итоге пдц чают злекгрока Нллярную зависимость (период образования пузырьков газа или капель непопярной жидкости or потенциача зпекгрода, Обра зующег О т Орец канплля ра ) в цифр ОВ Ой форме и в форме кривой на ле..те сал1О писца 18. Ло максимуму да1шой за.;иси1086368 масти находят потенциал нулевав о заря да исследуемого металла

Пример ° Опрепелеиие по генцнала нулевого заряда меди B водном

0,1 М растворе фаОН.

Эапа1няют аргонам газомегрнческнй сосуд, давление s котором при последующем выпускании rasa поддерживают постоянным путем поддержания постоянного уровня В ВОдянОм затворе Выходя ший из сосуда аргон пропускают скваэь стеклянный капилляр с внутренним диа.метром 100 мкм. Открытый торец катаяжяра покрыт споем меди и находит ся в Водном 0,1 М растворе МаОН, из которого предварительно удален воздух. Отрываюшиеся от капилляра пузырьки аргона поднимаются вверх; проходя сквозь раствор, Исследуемый медный электрод попяризуют относи тель но вскомогательнаго платинового элект» рода с использованием нормапьнпго каломепьного электрола в качестве электрода сравнения. Папяризапию осушествля- ют по трехэлектродной схеме попяро1.рафа в интервапе потенциала ат 0 до 1,0 В относительно нормапьного капомельного электрода со скоростью изменения потенциала 100 мВ/мин. На емкастные индикаторные электроды от генератора падают высокочастотное напряжение 140 М1 ц,.и измеряют проводимость раствора электролита, Ваенк.каюшнй в высокочастотной измерительной .цепи сигнал, вызванный прохакдением мимо емкасгных электродов пу зырька аргона, пода1от на электронное кересчетное устройство, которое запуокается от этого сигнала. Следующий такой же сигнал останавливает счет и начинает его сначапа. При окончании каж цого счета электронное пересчетное

5 1устройство поцает сигнал иа цифропечатак» шее устройство, которое является одно временно преобразователем снгнапа иэ цифровой в аналоговую форму. Затем сии

® нал подают на двухкоординатный Х- Y самописец П,БС-021М, который синхролизираван с папярографом. В резуль тате палучаюг электрокапиллярную зави» симасгь, из которой по ее максимуму на15 ходят потенциал нулевого заряда меди в данном растворе,. равный - 0,23 В относительно нормального каломепьного электрода. На автоматически проведенное

M1peaemewe потенциала нулевого заряда затрачивают окало 5 мин.

Использование предлагаемого способа

H электрохимической ячейки дпя его реалиэацни позволяет автоматизировать опредение потенциалов нулевого заряда

1sep44» металлов в растворах электролитов и сократить время, необходимое дпя определения, до нескольких минут по сравнению с несколькими часами дпя прототипа.

Предлагаемый способ казвапяет апре« депять потенциалы нулевк о заряда твер30 дых металлов стспь же быстро и эффективно, как ранее было возможно татько дпя жидких металлов (ртути, разпичных амальгам). Применение способа позволяет попучнть важные результаты как дпя развития теоретической электрохимии, так и аля приклацных областей электрохимии, например электрафлотации. О86ЗО8

4 2.!

Фиг. 2

ВНКПР Заказ 2237/43 ТиРаж 823 Поу исное

Филиал ППЛ Патент, г. Укгород,ул.Проектная, 4