О научной системе понятий в электрохимии Ч. 2. Выход по току и выход по массе вещества Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2004. № 2

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 621.357

о научной системе понятии в электрохимии ч. 2. выход по току и выход по массе вещества

© 2004 г. Е.В. Бесфамильная, Ф.И. Кукоз, И.Г. Бобрикова, В. Ф. Кукоз

В учебной и научной литературе [1-5] до сих пор нет четкого различия фундаментальных электрохимических терминов «выход по току» и «выход по массе вещества». Авторами даны только определения термина «выход по току», а понятие «выход по массе вещества» не рассматривается. Понятие «выход по току» было введено для того, чтобы учесть влияние параллельных и вторичных реакций, протекающих на электроде.

В учебнике Л.И. Антропова [1] дано следующее определение:

«Выход по току дает ту часть количества протекшего электричества, которая приходится на долю данной электродной реакции ВТ = qi|£ д^ , или в процентах

Вт —

Е q

100%,

где qi - количество электричества, расходуемое на данную реакцию; £ д^ - общее количество прошедшего электричества....Часто выражение для выхода по току записывается в другой форме:

Вт —

qT

Е Чп

-100%.

где дтеор и дпр - количество электричества, соответственно, рассчитанное по закону Фарадея и пошедшее фактически на электрохимическое превращение данного количества вещества.

Можно также определить выход по току как отношение количества измененного вещества Атпр к тому, которое должно было бы прореагировать, если бы весь ток расходовался только на данную реакцию

Дттеор:

Вт —

Дтп

Ддате

-100%».

Авторы [2 - 5] приводят аналогичные формулировки:

«Выход по току показывает долю тока (или количества электричества), которая расходуется на рассматриваемый электродный процесс.

...Выход по току всегда относится к определенной электродной реакции, так что для каждой из протекающих электродных реакций существует свой выход по току» [2]; «Выход по току - доля электричества, израсходованная непосредственно на выделение вещества при электролизе. Выход по току определяется как соотношение практически полученного вещества при электролизе к количеству вещества, теоретически рассчитанному по закону Фарадея» [4]; «выход по току - это процент полного тока, который в данном электролитическом процессе фактически идет на получение нужного продукта» [5].

Как видно из определений, авторы относят понятие выхода по току к электродной реакции.

Электродный процесс

к'

к.

1 JS

fc V Ai A( + VOxiOXi + zf) [ V AiAi + V Redi Redi )]S-[Е v B^] ^[е V BjB

где А1 и BJ - начальные и конечные компоненты электродного процесса; V и 8 - индексы, указывающие на нахождение этих компонентов в объеме (в глубине) раствора или на поверхности соответственно;

х(уА1А/ + V оХ1Ох1) и х(уА1А/ + V) - предшествующее и последующее число химических превращений веществ; £ V Ох1ОХ; + ^ V ^Несобственно электрохимический процесс; V А1, V А1, V ^,

VВ; , Кеф , В; - стехиометри4еские к°эффициеНГЫ

компонентов А1, А1/, Ох1, В;', Red1, В; соответственно, может включать помимо собственно электрохимического процесса и чисто химические превращения веществ, не требующие потребления количества электричества. Поэтому возникает необходимость отличать количество электричества и количество вещества, участвующие в собственно электрохимическом процессе от тех же величин, характеризующих электродный процесс в целом, т.е. относящихся к веществам А1 и В1 при тех же условиях электролиза.

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2004. № 2

Соотношения между количеством электричества и продуктами Ох„ Яеф количественно оцениваются выходом по току ВТ {, а соотношения между тем же

количеством электричества и компонентами Л1 и Б1 должны количественно определяться другим понятием [6].

С целью учета возможных побочных вторичных химических превращений веществ, предшествующих или последующих собственно электрохимической стадии электродного процесса, например растворения электроосажденного на катоде металла в химически агрессивном растворе электролита, или включения в продукт электролиза посторонних (по отношению к электрохимическому процессу) веществ (например, водорода, кислорода, пылинок, песчинок и другой «грязи» из раствора электролита), изменяющих массу продукта электролиза, нами рекомендуется ввести понятие «выход по массе вещества»:

m

B»

факт ^

m

факт^

m Teopi B Т iЭ iIt

100 %,

где Шфакт1 - количество фактически полученного 1-го конечного вещества; ттеор1 - количество этого же

вещества в случае, если бы все количество электричества q1 = 11 т = БТ11т = БТlq, расходовалось на получение только этого 1-го вещества.

Отметим, что опытное определение значений q1 и т факт1 представляет многооперационную сложную

задачу. Поэтому на практике в расчетах обычно пользуются значениями выхода по току БТ1, включающими и выход по массе БМ .

С учетом понятий «выход по току» и «выход по массе вещества» обобщенный закон электролиза Фара-дея для некоторой 1-й электрохимической реакции из нескольких параллельно (одновременно) протекающих реакций, в самом общем виде представится так:

m; = B„ BM ЭДт = B„ B

Ti "

Ti

Mi

Ai (Mi )

Z;F

It .

Выход по массе вещества БМ выражает степень отклонения массы фактически прореагировавшего (полученного, растворенного) вещества тфа сы, рассчитанной по закону Фарадея:

Л, (м, )

от мас-

.у. _ "D

теор i _ Ti

Z:F

-It.

где Aj(Mj) - атомная (или молекулярная) масса i-го вещества; zi - изменение зарядности i-й частицы, участвующей в простом редокси-преобразовании, т.е. в электрохимической реакции Ox + zF ^ Red, или изменение зарядности i-й частицы, участвующей в сложном редокси-процессе (типа электродов второго рода), т. е. в электрохимическом процессе (vOxOx + ze ^ vRedRed); F, I, т - постоянная Фарадея, сила электрического тока и время (продолжительность) электролиза, соответственно.

Литература

1. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия: Учеб. для

хим.-технол. спец. Вузов: 4-е изд., перераб. и доп. М, 1984. С. 288, 296.

2. Феттер К. Электрохимическая кинетика. М., 1967. С. 30.

3. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия /Под ред. А.Л. Ротиняна. Л., 1981. С. 17 -18.

4. Справочник по химии / А.И. Гончаров, М.Ю. Корнилов. Киев, 1977. С. 61.

5. Девис С., Джеймс А. Электрохимический словарь / Под

ред. Л.Г. Феоктистова. М., 1979. С. 33.

6. Законы Фарадея: Учеб. пособие /Ф.И. Кукоз; Новочерк. политехи. ин-т. Новочеркасск, 1993.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)

11 ноября 2003 г.

УДК 621.357.7

влияние состава низкоконцентрированного хлоридного электролита никелирования на скорость электроосаждения никеля

© 2004 г. В.И. Балакай

При разработке и совершенствовании технологических процессов в гальванотехнике в настоящее время наиболее важными показателями являются сокращения энергопотребления, материалоемкости и трудоемкости, а также снижение загрязнения окружающей среды и улучшение условий труда.

Основными источниками загрязнений являются: унос электролита вместе с деталями; при фильтрации; за счет вентиляции; капельный унос с поверхности электролита, если процесс электроосаждения сопровождается выделением сопутствующих газов и т. д.