ГРАНИЦА НАТРИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОД - ПОЛИАЛЮМИНАТНЫЙ ТВЕРДЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ В ГАЛЬВАНОДИНАМИЧЕСКОМ И ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМАХ

Гусейнов Ризван Меджидович; Раджабов Раджаб Абдулганиевич; Магомедова Умахаир Магомедовна; Абакаргаджиева Патимат Рамазановна; Магомедова Патимат Алиевна

Естественные и точные науки ••• 17

Natural and Exact Sciences •••

Кубатаев Заур Юсупович, инженер-исследователь Аналитического центра коллективного пользования ДФИЦ РАН, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Магдиев Арсен Магомедович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики и методики преподавания, факультет физики, математики и информатики, Дагестанский государственный педагогический университет; научный сотрудник Аналитического центра коллективного пользования ДФИЦ РАН, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Принята в печать 22.04.2019 г.

Zaur Yu. Kubataev, Research Engineer, Analytical Centre of Collective Usage, DFRC RAS, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected] Arsen M. Magdiev, Ph.D. (Physics and Mathematics), Associate Professor, Department of Physics and Teaching Methods, Faculty of Physics, Mathematics and informatics, Dagestan State Pedagogical University; Researcher, Analytical Centre of Collective Usage, DFRC RAS, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Received 22.04.2019.

Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 541.135.4

DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-2-17-22

Граница натриевый электрод - полиалюминатный твердый электролит в гальванодинамическом и потенциодинамическом режимах

Дагестанский государственный педагогический университет Махачкала, Россия; e-mail: [email protected];

[email protected]; [email protected]

РЕЗЮМЕ. Целью настоящего исследования является изучение поведения натриевого электрода, обратимого по основным ионам, в твердом электролите полиалюминат натрия в гальванодинамическом и потенциодинамическом режимах. Метод. В работе применяется метод операторного импеданса, основанный на преобразовании Лапласа закона Ома о взаимодействии между током, потенциалом и импедансом (комплексным сопротивлением). Результаты. Рассмотрены структурные особенности по-лиалюминатного твердого электролита и обусловленные ими специфические отличия электродных реакций и эквивалентной электрической схемы системы электрод - твердый электролит. Получены аналитические выражения зависимости потенциала межфазной границы обратимый электрод - твердый электролит от времени; а также аналитическое соотношение тока, проходящего через ячейку в потенциодинамическом режиме функционирования ячейки, от времени. Выводы. Построены графики зависимостей потенциал-время и ток-время в режимах линейной развертки тока и потенциала.

Ключевые слова: натриевый электрод, обратимый по основным ионам, полиалюминатный твердый электролит, методы линейной развертки тока и потенциала.

Формат цитирования: Гусейнов Р. М., Раджабов Р. А., Магомедова У. М., Абакаргаджиева П. Р., Магомедова П. А. Граница натриевый электрод - полиалюминатный твердый электролит в гальванодинамическом и потенциодинамическом режимах // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2019. Т. 13. № 2. С. 17-22. DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-2-17-22

••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 2. 2019

••• DSPU JOURNAL. Vol. 13. No. 2. 2019

Sodium Electrode Boundary - Polyaluminate Solid Electrolyte in the Galvanodynamic and Potentiodynamic Rejimes

Abakargadzhieva, Patimat A. Magomedova

Dagestan State Pedagogical University Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected];

[email protected]; [email protected]

Abstract. The aim of the research is to study a sodium electrode behavior reversible in basic ions, in solid electrolyte sodium polyaluminate in galvanodynamic and potentiodynamic rejimes. Method. The operator impedance method based on the Laplace transform of Ohm's law on the interaction between current, potential and impedance (complex resistance) is used in the academic paper. Results. The structural features of the polyaluminate solid electrolyte and the specific differences caused by them in the electrode reactions and the equivalent electrical circuit of the electrode - solid electrolyte system are considered. Results have been given the analytical expressions for the dependence of the potential of interphase boundary between the reversible electrode and solid electrolyte on time; and analytic relationship of the current passing through the cell in the potentiodynamic rejime of the of capacity, from time. Conclusions. The graphs of the potential-time and current-time dependencies in the rejimes of linear current and potential sweep are suggested.

Keywords: sodium electrode, reversible in basic ions, polyaluminate solid electrolyte, methods of linear current and potential sweep.

For citation: Guseynov R. M., Radzhabov R. A., Magomedova U. M., Abakargadzhieva P. R., Magomedova P. A. Sodium Electrode Boundary - Polyaluminate Solid Electrolyte in the Galvanodynamic and Potentiodynamic Rejimes. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2019. Vol. 13. No. 2. Pp. 17-22. DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-2-17-22 (In Russian)_

Введение

Граница натриевый электрод - полиа-люминатный твердый электролит представляет собой один из важных и необходимых структурных элементов химического источника энергии мембранного типа, выступая именно в качестве анода источника энергии [5]. Натрий, как наиболее активный металл, расположенный ближе к началу электрохимического ряда напряжений, играет в гальваническом элементе (или в химическом источнике тока (ХИТ)) роль анода, посылает в твердый электролит свои ионы, растворяется и заряжается отрицательно:

Что касается катода, то его роль в гальваническом элементе играет такие сильные окислители, как галогены. Катодная реакция в ячейке с йодным электродом сводится к ионизации йода:

Чем больше разница между восстановителем (анодом) и окислителем (катодом) в

электрохимическом ряду напряжений, тем больше величина электродвижущей силой химического источника тока (или гальва-ничческого элемента). Описанный здесь источник тока мембранного типа может быть изображен в виде [5]

Т- у;;??су::7т";: Т; - (3)

В ходе анодной реакции (1), т. е. растворения натрия и перехода его в электролит возможно нарушение контакта между металлическим натрием и твердым электролитом (что сопровождается резким сокращением тока) [5].

Для предотвращения этого явления в натрий добавляют ртуть (10-30 масс. %), т. е. вместо чисто натриевого электрода применяют амальгамный натриевый электрод, который при температуре 21,5 еС превращается в жидкую фазу.

Катодное же отделение ячейки наряду с индифферентным электродом (например, Та) содержит раствор йода и йодистого натрия в каком-либо растворителе (в каче-

Естественные и точные науки •••

Natural and Exact Sciences •••

стве такого растворителя обычно применяют метанол, пропиленкарбонат, ацето-нитрил и др.) [5].

К мембранным химическим источникам тока с натриевым анодом относится также сернонатриевый аккумулятор [5; 6], представляющий собой электрохимическую ячейку

\\\ Х^О ^.о-:- С (4)

Сернонатриевый аккумулятор обратим, что позволяет его использовать многократно путем проведения повторного заряда.

Приведенные два примера практического применения рассматриваемого в настоящей работе натриевого анода в химических источниках тока указывают на актуальность темы данного исследования.

Что касается применяемого в данном исследовании полиалюминатного твердого электролита, то необходимо указывать на некоторые структурные особенности данного электролита, которые влияют на эквивалентную электрическую схему систем с его участием.

Полиалюминаты, в отличие от высокосимметричных соединений на основе AgJ, сульфатов лития, натрия, относятся к соединениям с ярко выраженной анизотропией. Особенностью полиалюминатов является их двумерная проводимость. В поликристаллическом материале это неизбежно ведет к неоднородности границы электрод-твердый электролит, что приводит к тому, что отдельные участки поверхности металла могут контактировать с поверхностями кристаллических зерен, либо параллельными плоскостям проводимости, либо ортогональными им. В первом случае возникает граница металл - нормальный ионный кристалл, во втором случае - граница металл - твердый электролит. В случае границы №/№20-10 АЬОз емкость С1, за которую, как правило, отвечают основные носители тока в твердом электролите (т. е. ионы натрия), а также сопротивление Я и емкость С2, отвечающие адсорбции неосновных носителей (т. е. ионов кислорода, и катионов алюминия, обладающих одинаковой подвижностью в полиалюминатах), исчезают. В таком случае эквивалентная электрическая цепь рассматриваемой границы существенно упрощается [5] и трансформируется в схему, указанную на рис. 1.

Структурные элементы на рис. 1 означают: Яэ - сопротивление твердого электролита; ~ диффузионный импеданс Варбурга неосновных носителей тока; Яб -

сопротивление переноса заряда основных носителей тока в твердом электролите.

Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема границы Ка/Ка20-10Л1203

Таким образом, характерной особенностью электродного импеданса в полиалюминате натрия является небольшая величина емкости двойного электрического слоя С1, обусловленной адсорбцией основных носителей. В работе [5] допускают, что малая величина емкости двойного электрического слоя объясняется особенностями кристаллической структуры полиалюмината: тонкие проводящие «щели» занимают относительно малую долю общей поверхности границы фаз твердый электролит - металл.

Теоретический анализ. Материалы и обсуждение

1. Гальванодинамический режим (метод линейной развертки тока)

Операторный импеданс эквивалентной электрической схемы, изображенной на рис. 1, может быть представлен в виде со-отнощения

Яв

Z(p) = Щ

(5)

В гальванодинамическом режиме (в методе линейной развертки тока)

1(£) = 10 + -дt (где - первоначальное значение тока, а ■& — скорость линейной развертки тока) при условии — 0 оператор Лапласа от функции 1(_£) равен 1(р)=-0/р2 [3].

Поскольку Е(р) = /(р) ■ ^(р), то для операторного потенциала получим соотношение

е

-1

JflVP+^J

(6)

Разделим все члены в соотношении (6) на множитель Яр и тогда для операторного потенциала получим соотношение

••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 2. 2019

••• йЭРиЮийЫАи Уо!. 13. N0. 2. 2019

р3

</р+

1К,

■,-р+с-

(7),

где а =

Значения параметров йр и определенные методом переменного тока (импе-дансным методом) в работах [1; 2; 5] при температуре 27 еС равны:

йр = 210 Ом ■ СМ2 ; ■'Л = 1 ■ 13= О:: ■ :::: :Ч

Воспользовавшись этими данными, вычислим значение параметра а, который оказался равным 0,В4 ■ Ю-7. Значение параметра а на 7 порядков оказался меньше единицы, исходя из этого мы в выражении пренебрегаем значением этого параметра. С учетом сказанного выражение операторного потенциала принимает следующий вид

,р2+1/2

С помощью таблиц обратного преобразования Лапласа [4] для потенциала межфазной границы электрод - твердый электролит получим следующее соотношение

На рис. 2 в соответствии с соотношением (9) построен график зависимости потенциала межфазной границы натриевый электрод - полиалюминат натрия от времени функционирования ячейки (3).

0 1 2 3 4 5 6 г, с

Рис. 2. Гальванодинамическая кривая границы ЮА12Оз, построенная

в соответствии с соотношением (9)

2. Потенциодинамический режим (метод линейной развертки потенциала)

В потенциодинамическом режиме (методе линейной развертки потенциала) Е(£) = Е + (где Е - первоначальное значение потенциала, а -в - скорость линейной развертки потенциала) при условии Е = О изображение по Лапласу от функции Е(£) равно Е(р) = 1?/р2. Но поскольку ¡(р) = E(p)/Z(lp), то подставляя в последнее соотношение значения Е(р) и Z(p), получаем для операционного тока через ячейку (3) следующее выражение

(10)

С помощью таблиц обратного преобразования Лапласа [4] можно выполнить по членный переход соотношения (10) в пространство оригиналов, в результате чего получим следующее выражение для тока, протекающего через ячейку (3)

На рис. 3 в соответствии с уравнением (11) построен график зависимости тока через ячейку (3) от времени £ в потенциодинамическом режиме функционирования ячейки.

Значение коэффициента в первом члене соотношения на три порядка меньше по сравнению с коэффициентом во втором члене этого соотношения, поэтому график зависимости тока через ячейку от времени подчиняется уравнению прямой с танген-

0

сом угла наклона, равным —.

Др

□ 20 40 60 80 г, с

Рис. 3. Зависимость тока через ячейку (3), построенная в соответствии с уравнением (11), в потенциодинамическом режиме функционирования ячейки

Естественные и точные науки •••

Natural and Exact Sciences •••

Заключение

Графоаналитическим путем установлено, что зависимость потенциала межфазной границы натриевый электрод - полиалюминатный твердый электролит является функцией времени t в степени (2 + 1/2).

Что касается зависимости тока через ячейку (3), то зависимость его от времени подчиняется уравнению прямой с угловым коэффициентом, равным 0,72 мА/ с ■ см2.

1. Букун Н. Г., Евтушенко В. В., Укше Е. А. Сопротивление границы натрий - полиалюминат натрия // Электрохимия. 1974. Т. 10. № 5. С. 677-681.

2. Евтушенко В. В., Букун Н. Г., Укше Е. А. Влияние состава твердого электролита на импеданс натриевого электрода // Электрохимия. 1974. Т. 10. № 10. С. 1606-1608.

3. Конторович М. И. Операционное исчисление и процессы в электрических цепях. М.: Советское радио, 1975. 320 с.

1. Bukun N. G., Evtushenko V. V., Ukshe E. A. Resistance of the sodium - sodium polyaluminate boundary. Elektrokhimiya [Electrochemistry]. 1974. Vol. 10. No. 5. Pp. 677-681. (In Russian)

2. Evtushenko V. V., Bukun N. G., Ukshe E. A. Influence of solid electrolyte composition on impedance of sodium electrode. Elektrokhimiya [Electrochemistry]. 1974. Vol. 10. No. 10. Pp. 1606-1608. (In Russian)

3. Kontorovich M. I. Operatsionnoe ischislenie i protsessy v elektricheskikh tsepyakh [Operational Calculus and Processes in Electrical Circuits].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Гусейнов Ризван Меджидович, доктор химических наук, профессор кафедры химии, факультет биологии, географии и химии (ФБГХ), Дагестанский государственный педагогический университет (ДГПУ), Махачкала, Россия; e-mail: rizvan-guseynov@ mail.ru

Раджабов Раджаб Абдулганиевич, старший преподаватель кафедры теоретических основ и технологий начального математического образования, факультет начальных классов, ДГПУ, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Поскольку большинство электрохимических приборов, сформированных на основе твердых электролитов, функционируют в режимах линейной развертки тока или потенциала, то можно сделать вывод о том, что полученные в настоящей работе результаты теоретического исследования с успехом могут быть использованы для повышения эффективности работы химот-ронных устройств на основе ТЭЛ (твердых

4. Справочник по специальным функциям / под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 810 с.

5. Укше Е.А., Букун Н.Г. Твердые электролиты. М.: Наука, 1977. 175 с.

6. Weber N., Kummer J. T. In: "Advances of the Energy Convers Engng". New York, Pergamon Press. 1967. 913 p.

Moscow: Soviet radio Publ., 1975. 320 p. (In Russian)

4. AbramovitsI M., I. Stigan (eds.) Spravochnik po spetsial'nym funktsiyam [Handbook of special functions]. Moscow, Nauka Publ., 1979. 810 p. (In Russian)

5. Ukshe E.A., Bukun N.G. Tverdye elektrolity [Solid electrolytes]. Moscow, Nauka Publ., 1977. 175 p. (In Russian)

6. Weber N., Kummer J. T. In: "Advances of the Energy Convers Engng". New York, Pergamon Press. 1967. 913 p.

AUTHORS INFORMATION Affiliations

Rizvan M. Guseynov, Doctor of Chemistry, Professor, Department of Chemistry, Faculty of Biology, Geography and Chemistry (FBGCh), Dagestan State Pedagogical University (DSPU), Makhachkala, Russia; email: [email protected]

Radzhab A. Radzhabov, Senior Lecturer, Department of Theoretical Foundations and Technologies of Primary Mathematical Education, Faculty of Lower Grades, DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Umakhair M. Magomedova, Graduate Student, Department of Chemistry, FBGCh,

электролитов).

Литература

References

••• Известия ДГПУ. Т. 13. № 2. 2019

••• DSPU JOURNAL. Vol. 13. No. 2. 2019

Магомедова Умахаир Магомедовна,

магистрант кафедры химии, ФБГХ, ДГПУ, Махачкала, Россия; e-mail:

rizvanguseynov@ mail.ru

Абакаргаджиева Патимат Рамазановна, кандидат химических наук, доцент кафедры химии, ФБГХ, ДГПУ, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Магомедова Патимат Алиевна, магистрант кафедры химии, ФБГХ, ДГПУ, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Принята в печать 29.04.2019 г.

DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Patimat R. Abakargadzhieva, Ph.D. (Chemistry), Associate Professor, Department of Chemistry, FBGCh, DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Patimat A. Magomedova, Graduate Student, Department of Chemistry, FBGCh, DSPU, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Received 29.04.2019.

Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 54.061-062

DOI: 10.31161/1995-0675-2019-13-2-22-29

Анализ химического состава гексанового экстракта плодов можжевельника продолговатого (Juniperus oblonga) в предгорной зоне

Республики Дагестан

1 Филиал Дагестанского государственного университета в г. Кизляре

Махачкала, Россия; e-mail: [email protected] 2 Дагестанский государственный университет народного хозяйства Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]; [email protected];

[email protected] 3 Дагестанский государственный университет Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Резюме. Цель работы - выявить химический состав гексанового экстракта плодов можжевельника продолговатого методом хромато-масс-спектрометрии. Метод. В решении поставленной задачи применен метод хромато-масс-спектрометрии. Результаты. Из гексанового экстракта шишкоягод можжевельника продолговатого выделили 68 и определили 28 компонентов (массовая доля 69,8 %). Выводы. Основными компонентами кислой части гексанового экстракта плодов можжевельника оказались лам-бертиановая кислота, пальмитиновая кислота и этиловый эфир олеиновой кислоты, а в нейтральной части - а-пинен, изоцемброл и р-фелландрен.

Ключевые слова: Juniperus oblonga, гексановый экстракт, кислая и нейтральная фракции.

Формат цитирования: Магомедова М. М., Джамалова С. А., Адиева А. А., Казанбекова А. А. Анализ химического состава гексанового экстракта плодов можжевельника продолговатого (Juniperus oblonga) в предгорной зоне Республики Дагестан // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2019. Т. 13. № 2. С. 22-29. DOI: 10.31161/1995-06752019-13-2-22-29

Текст научной работы на тему «ГРАНИЦА НАТРИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОД - ПОЛИАЛЮМИНАТНЫЙ ТВЕРДЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ В ГАЛЬВАНОДИНАМИЧЕСКОМ И ПОТЕНЦИОДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМАХ»