CC BY
47
СЕКЦИЯ 3
СИНТЕЗ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СОЛЕВЫХ РАСПЛАВАХ
УДК 541.48-14:541.1:546.65-66
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ ИОНОВ ПРАЗЕОДИМА В ЭКВИМОЛЬНОМ РАСПЛАВЕ NaCi-KCl-PrCis
А.Н. Бушуев, О.В. Елькин, С.В. Жуковин
Вятский государственный университет, Киров, Россия Аннотация
Определены коэффициенты диффузии ионов празеодима в эквимольном расплаве NaCl-KCl-PrCh методом хронопотенциометрии. Приведены зависимости коэффициентов диффузии ионов празеодима от температуры и концентрации хлорида редкоземельного металла. Уменьшение значений коэффициентов диффузии ионов празеодима в расплаве NaCl-KCl-PrCl3 с ростом концентрации РгС1з можно объяснить увеличением вязкости расплава. Увеличение значений коэффициентов диффузии с ростом температуры объясняется увеличением подвижности ионов в расплаве.
Ключевые слова:
хлоридные расплавы, хлориды редкоземельных металлов, хронопотенциометрия, коэффициент диффузии.
DETERMINING THE DIFFUSION COEFFICIENT OF PRASEODYMIUM IONS IN EQUIMOLAR NaCl-KCl-PrCls MELT
A.N. Bushuev S.V. Zhukovin, O.V. Elkin
Vyatka State University, Kirov, Russia Abstract
We determined the diffusion coefficients of praseodymium ions in the NaCl-KCl-PrCh melt by C.V.P. method. The dependencies of the diffusion coefficients of praseodymium ions on temperature and concentration of rare earth metal chloride, are given. Decreasing values of the diffusion coefficients of praseodymium ions in molten NaCl-KCl-PrCh with increasing concentration of PrCh can be explained by increasing of melt viscosity. Increasing values of diffusion coefficients as the temperature increases can be explained with the increased mobility of the ions in the melt.
Keywords:
chloride melts, chlorides of rare earth metals, C.V.P. method, coefficient of diffusion.
Для получения диффузионных покрытий на основе редкоземельных металлов (РЗМ) широко применяются расплавленные солевые среды. В связи с этим требуются надежные сведения о кинетике восстановления РЗМ, форме существования ионов в солевой фазе и их способности к химическим реакциям с другими металлами, находящимися в расплаве. В настоящей работе методом хронопотенциометрии изучено электрохимическое восстановление ионов празеодима в расплавленной эквимольной смеси NaCl-KCl-PrCl3. В опытах использовали соли квалификации ХЧ. Предварительно обезвоженный хлорид празеодима и эквимольную смесь NaCl-KCl очищали по известной методике [1]. Опыты проводили в атмосфере аргона в герметичной ячейке из оптического кварца, в которую помещали тигель из стеклоуглерода с приготовленной эквимольной смесью NaCl-KCl-PrCl3. В качестве рабочего электрода использовали молибденовый стержень с рабочей площадью 0.5 см2, в качестве электрода сравнения использовался свинцовый электрод, вспомогательным электродом служил стеклоуглерод. Измерения проводились при помощи потенциостата Р-1501 (производство фирмы «Ellins») при массовой доле хлорида празеодима от 3 до 10 % в диапазоне температур 1073-1173 К и плотности тока 180 мА/см2. Были получены зависимости потенциала катода от времени, прошедшего от момента включения тока, обработка которых позволила рассчитать коэффициенты диффузии ионов празеодима по уравнению Санда [2]:
1 л22 1/
i -V2 =------C ■ n ■ F ■ D22, (1)
2
212
где D - коэффициент диффузии, см2/с; i - плотность тока, мА/см2; т - переходное время, с; n - число электронов; F - число Фарадея, Кл/моль; C - концентрация деполяризатора в объеме раствора, моль/см3.
Рассчитанные значения коэффициентов диффузии ионов празеодима в исследуемом расплаве представлены на графике и в таблице.
Уменьшение значений коэффициентов диффузии ионов празеодима в расплаве NaCl-KCl-PrCl3 с ростом концентрации PrCl3 можно объяснить увеличением вязкости расплава [3]. Увеличение значений коэффициентов диффузии с ростом температуры объясняется увеличением подвижности ионов в расплаве [4].
Зависимость коэффициента диффузии ионов празеодима в эквимольном расмплаве NaCl-KCl-PrCl3 от концентрации PrCl3 при Т=1073-1173 К
Коэффициенты диффузии ионов празеодима в эквимольном расплаве NaCl-KCl-PrCl3
Ю, % С, моль/см Температура, K
1073 1098 1123 1148 1173
3 0.00018 1.87 2.11 2.30 2.38 2.68
5 0.0003 1.47 1.55 1.67 1.83 2.10
7 0.00042 1.38 1.44 1.55 1.72 1.85
10 0.0006 1.35 1.404 1.48 1.66 1.77
Полученные данные могут быть использованы для совершенствования технологии получения интерметаллидных соединений, применяемых как катализаторы, для отработки процессов поверхностного легирования металлов.
D-105, (см2/с)
Литература
1. Ревзин Г.Е. Безводные хлориды редкоземельных элементов и скандия // Методы получения химических реактивов и препаратов: сборник. М.: ИРЕА, 1967. Вып. 16. С. 124-129.
2. Галюс З. Теоретические основы электрохимического анализа. М.: Мир, 1974. 552 с.
3. Потапов А.М. Транспортные свойства расплавленных хлоридов лантанидов и их бинарных смесей с хлоридами щелочных металлов: автореф. дис. ... д-ра хим. наук. Екатеринбург, 2009.
4. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия: учебное пособие. М.: Высшая школа, 1987. 295 с.
Сведения об авторах Бушуев Андрей Николаевич,
Вятский государственный университет, г.Киров, Россия, [email protected] Жуковин Сергей Вадимович,
к.х.н., Вятский государственный университет, г.Киров, Росстя, [email protected] Елькин Олег Валентинович,
к.х.н., Вятский государственный университет, г.Киров, Росстя, [email protected] Bushuev Andrey Nikolaevich,
Vyatka State University, Kirov, Russia, [email protected] Zhukovin Sergey Vadimovich.,
PhD (Chemistry), Vyatka State University, Kirov, Russia, [email protected] Elkin Oleg Valentinovich,
PhD (Chemistry), Vyatka State University, Kirov, Russia, [email protected]
213
