Научная статья на тему 'Поведение кадмия при электролизе переменным асимметричным синусоидальным током в растворе калиевой щелочи. Анализ вольт-амперных кривых'

Поведение кадмия при электролизе переменным асимметричным синусоидальным током в растворе калиевой щелочи. Анализ вольт-амперных кривых Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
206
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАДМИЕВЫЙ ЭЛЕКТРОД / РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ / ЭЛЕКТРОЛИЗ / АНОДНЫЙ ПОЛУПЕРИОД / КАТОДНЫЙ ПОЛУПЕРИОД / АСИММЕТРИЧНЫЙ ТОК / ЗАРЯД / CADMIUM ELECTRODE / ELECTROLYTE SOLUTIONS / ELECTROLYSIS / THE ANODIC HALF CYCLE / THE CATHODE HALF-CYCLE / ASYMMETRICAL CURRENT / CHARGE

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Демьян Василий Васильевич, Фесенко Лев Николаевич, Каган Ефим Шоломович, Жукова Ирина Юрьевна

Представлены экспериментальные данные окисления кадмия при электролизе переменным током синусоидальной формы в растворе калиевой щелочи в случае, когда величина анодного импульса Iа больше величины катодного импульса Iк. В этом случае наблюдается интенсивное разрушение кадмия с образованием металлического порошка. Проведенные исследования показывают, что вероятнее всего процесс окисления и восстановления кадмия протекает в несколько стадий. Предполагается, что поверхность кадмия экранируется тонкой сплошной пленкой оксида кадмия и пленкой Cd(OH)2, имеющей рыхлую структуру, проницаемую для электролита. Пленки влияют на кинетические характеристики анодного и катодного процессов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Демьян Василий Васильевич, Фесенко Лев Николаевич, Каган Ефим Шоломович, Жукова Ирина Юрьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE BEHAVIOUR OF CADMIUM IN THE ELECTROLYSIS OF ALTERNATING ASYMMETRIC SINUSOIDAL CURRENT IN A SOLUTION OF POTASSIUM ALKALI. ANALYSIS OF THE VOLTAMMETRIC CURVES

Experimental data of oxidation of cadmium in the electrolysis of alternating current sine wave in a solution of potassium alkali in the case where the magnitude of the anodic pulse Ia more than the value of the cathode pulse Iк. In this case, there is an intensive destruction of formation of cadmium metal powder. Studies show that it is likely that the process of oxidation and reduction of cadmium flows in several stages. It is assumed that the surface of the cadmium shielded thin continuous film of oxide film and cadmium Cd(OH)2 having a loose structure permeable to electrolyte. These films affect the kinetic characteristics of the anodic and cathodic processes.

Текст научной работы на тему «Поведение кадмия при электролизе переменным асимметричным синусоидальным током в растворе калиевой щелочи. Анализ вольт-амперных кривых»

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

УДК 541.135.7/.88 DOI: 10.17213/0321-2653-2018-1-105-111

ПОВЕДЕНИЕ КАДМИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ ПЕРЕМЕННЫМ АСИММЕТРИЧНЫМ СИНУСОИДАЛЬНЫМ ТОКОМ В РАСТВОРЕ КАЛИЕВОЙ ЩЕЛОЧИ. АНАЛИЗ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ КРИВЫХ

© 2018 г. В.В. Демьян1, Л.Н. Фесенко1, Е.Ш. Каган1, И.Ю. Жукова2

1Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия, 2Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия

THE BEHAVIOUR OF CADMIUM IN THE ELECTROLYSIS OF ALTERNATING ASYMMETRIC SINUSOIDAL CURRENT IN A SOLUTION OF POTASSIUM ALKALI. ANALYSIS OF THE VOLTAMMETRIC CURVES

V.V. Demyan1, L.N. Fesenko1, E.Sh. Kagan1, I.Yu. Zhukova2

1Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia 2Don-State Technical University, Rostov-on-Don, Russia

Демьян Василий Васильевич - канд. хим. наук, доцент, кафедра «Общая химия и технология силикатов», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: vasilii_demyan@mail.ru

Фесенко Лев Николаевич - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Водное хозяйство, инженерные сети и защита окружающей среды», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.

Каган Ефим Шоломович - д-р хим. наук, профессор, кафедра «Химические технологии», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.

Жукова Ирина Юрьевна - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Химические технологии нефтегазового комплекса», Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия.

Demyan Vasiliy Vasilevich - Candidate of chemical Sciences, assistant professor, department «Chemistry and technology of silicates», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: vasilii_demyan@mail.ru

Fesenko Lev Nikolaevich - Doctor of technical Sciences, professor department «Water management, utilities and environmental protection», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.

Kagan Efim Sholomovich - Doctor of chemical Sciences, Professor of the department «Chemical Technology», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.

Zhukova Irina Yurievna - Doctor of chemical Sciences, professor head department «Chemical Technology of Oil and Gas Complexe», Don State texnikal University, Rostov of Don, Russia.

Представлены экспериментальные данные окисления кадмия при электролизе переменным током синусоидальной формы в растворе калиевой щелочи в случае, когда величина анодного импульса 1а больше величины катодного импульса 1к. В этом случае наблюдается интенсивное разрушение кадмия с образованием металлического порошка. Проведенные исследования показывают, что вероятнее всего процесс окисления и восстановления кадмия протекает в несколько стадий. Предполагается, что поверхность кадмия экранируется тонкой сплошной пленкой оксида кадмия и пленкой Cd(OH)2, имеющей рыхлую структуру, проницаемую для электролита. Пленки влияют на кинетические характеристики анодного и катодного процессов.

Ключевые слова: кадмиевый электрод; растворы электролитов; электролиз; анодный полупериод; катодный полупериод; асимметричный ток; заряд.

Experimental data of oxidation of cadmium in the electrolysis of alternating current sine wave in a solution of potassium alkali in the case where the magnitude of the anodic pulse Ia more than the value of the cathode pulse IK. In this case, there is an intensive destruction of formation of cadmium metal powder. Studies show that it is likely that the process of oxidation and reduction of cadmium flows in several stages. It is assumed that the surface of the cadmium shielded thin continuous film of oxide film and cadmium Cd(OH)2 having a loose structure permeable to electrolyte. These films affect the kinetic characteristics of the anodic and cathodic processes.

Keywords: cadmium electrode; electrolyte solutions; electrolysis; the anodic half cycle; the cathode half-cycle; the asymmetrical current; the charge.

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 1

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

Введение

В последние годы большой интерес вызывает использование в электролизе для растворения металлов нестационарных токов различных форм, в том числе синусоидального тока промышленной частоты. Применение нестационарных режимов расширяет возможности исследования электродных процессов, а также запросов прикладного характера.

Изменение количества электричества в один из полупериодов способствует тому, что при прохождении тока создаются неодинаковые условия для процессов окисления или восстановления. Величина потенциала переменного тока промышленной частоты не соответствует конкретным значениям тока в катодный или анодный полупериоды.

Получение соединений металлов является трудоемким и сложным технологическим процессом. Использование традиционных электрохимических методов (анодное растворение постоянным током) в некоторых случаях не дает эффекта из-за пассивации. Применение переменного тока позволяет этот процесс значительно интенсифицировать. Его главное достоинство -простота и возможность получения чистых продуктов. Технология, использующая синтез соединений металлов под действием переменного тока, получила практическое применение в химической промышленности. В литературе описаны методы получения соединений при растворении родия, рутения, осмия, палладия, иридия, платины и других.

В работах [1 - 9] показано, что при электролизе металлов переменным асимметричным током в водных растворах щелочей и солей наблюдается интенсивное их разрушение с образованием различных соединений. В этих работах исследовано влияние частоты переменного тока различных форм (синусоидальная, прямоугольная, треугольная), соотношения и численных значений плотностей тока в анодный и катодный полупериоды, природы катионов и анионов, концентрации, температуры и рН растворов электролитов на скорость разрушения металлов. Отмечается, что анодные и катодные процессы, протекающие при поляризации постоянным током, отличаются от процессов, протекающих при поляризации переменным асимметричным током. Установлено, что последовательность электродных процессов существенно зависит от предыстории поверхности металла. Опубликованные материалы содержат, как правило, опыт-

ные данные по скорости растворения металлов в зависимости от различных факторов.

В связи с этим, используя ранее проведенные исследования по разрушению металлов при электролизе переменным асимметричным током, в данной работе представлены результаты экспериментальных исследований по установлению механизма разрушения кадмия в щелочном растворе.

Экспериментальная часть

Для исследования поведения кадмия в растворе калиевой щелочи при электролизе переменным током синусоидальной формы были использованы следующие методы: весовые измерения, циклическая вольт-амперометрия, кулонометрия продуктов, покидающих электрод (газовый анализ), рентгенофазовый анализ.

Установка для проведения электролиза состояла из генератора звуковой частоты, усилителя, ЛАТРа, термостата, электрохимической ячейки и электродов.

При снятии циклических вольт-амперных кривых источником поляризующего тока служил потенциостат, работающий в режиме гальвано-стата. Напряжение на гальваностат задавали от генератора Г6-С6. Исследования проводили в тефлоновой ячейке. Для поляризационных измерений использовали микроэлектроды площадью 10-3- 10-1 см2. Потенциал исследуемого электрода измеряли относительно оксиднортутного электрода сравнения, залитого тем же раствором.

Качественный фазовый анализ продуктов разрушения, получающихся в процессе электролиза, проводили на дифрактометре «ДРОН-1» с автоматической записью рентгенограмм. Скорость съемки составляла 1о в минуту.

Количество выделяющегося газа определяли по обычной методике, основанной на вытеснении воды из бюретки. В качестве поглотителя кислорода использовали аммиакат меди. По разности первоначального объема газа и количества поглощенного кислорода находили объем выделившегося водорода. Объемы газов приводили к нормальным условиям.

Результаты исследований

В предварительных опытах было установлено, что при поляризации переменным асимметричным током в калиевой щелочи, когда величина плотности тока /а в анодный полупериод превышает плотность тока Л в катодный полупериод, кадмий заметно разрушается с образо-

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

ванием в растворе взвеси белого порошка. Рент-генофазовым анализом установлено, что образующийся порошок представляет собой в основном гидроокись кадмия с параметрами решетки а = 3,496 Á, с = 4,702 Á с некоторой примесью фазы с параметрами а = 3,580 Á, с = 5,030 Á. Наряду с образованием гидроксида кадмия выделяется кислород.

В табл. 1 представлены экспериментальные данные зависимости скорости разрушения кадмия от величины плотности тока в катодный полупериод. Плотность тока в анодный полупериод равна 1,0 А/см2 (амплитудное значение). Концентрация калиевой щелочи 2М. Температура 25 оС.

Таблица 1 / Table 1

Усредненные данные зависимости скорости разрушения кадмия от величины катодного импульса / Averaged data dependence of the rate of destruction of cadmium on the magnitude of the cathodic pulse

Величина катодного импульса, А/см2 (амплитудное значение) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Скорость разрушения кадмия, мг/(см2 • ч) 100,1 75,2 55,2 37,3 20,1 0

Наряду с разрушением кадмия на аноде выделяется кислород. Скорость выделения кислорода линейно уменьшается с возрастанием величины катодного импульса.

При электролизе, когда величина катодного импульса больше величины анодного, на катоде выделяется водород. Количество выделившегося газа равно разности количества электричества, прошедшего в катодный (д-) и анодный (д+) полупериоды.

В табл. 2 приведен баланс анодного электричества с учетом данных газового анализа за один период электролиза при 1а> Л. Из анализа экспериментальных данных табл. 2 следует, что гидроксид кадмия (II) и кислород являются единственными продуктами, выделяющимися на аноде, и весь катодный заряд тратится на обратимый процесс - восстановление.

Известно, что процессы окисления и восстановления, которым соответствует суммарный переход

са о са(ои)2,

протекают довольно сложно, через ряд промежуточных стадий как при восстановлении, так и при окислении. Разрушение кадмия в нашем

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

случае происходит одновременно с выделением кислорода, т.е. в области глубокой пассивности.

Таблица 2 / Table 2

Баланс анодного электричества при окислении кадмия / The balance of electricity when the anode oxidation of cadmium

Величина катодного импульса, А/см2 Количество электричества, прошедшего в катодный полупериод, мКл Объем выделившегося кислорода V-104, мл Скорость разрушения кадмия и-105, мг Количество электричества £ S + о СУ > + СУ ||_ СУ £ S су СУ 1 1

на разрушение кадмия, + q Р на выделение кислорода, + qo

0 0 3,15 52,6 0,91 5,44 0,02 +0,02

0,2 1,27 2,55 42,7 0,74 4,39 1,24 -0,03

0,4 2,54 1,87 31,6 0,55 3,24 2,58 +0,04

0,6 3,28 1,23 22,4 0,38 2,13 3,85 +0,03

0,8 5,10 0,64 11,1 0,19 1,10 5,08 -0,02

1,0 6,37 0 0 0 0 6,37 0

Рассмотрим соответствующие кривые заряжения (рис. 1).

q-, мКл

ср,В 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0

q+, мКл

Рис. 1. Кривые заряжения на кадмии: 1а=1,0 А/см2;

1к=0,8; 0,6; 0,4; 0,2 А/см2, соответственно кривые 1, 2, 3, 4 / Fig. 1. Curves charges on cadmium: Ia=1,0 A/cm2; 1к =0,8; 0,6; 0,4; 0,2 A/cm2, curves 1, 2, 3, 4 respectively

На анодной кривой заряжения точка 1 соответствует началу основной анодной реакции выделения кислорода. Участок 0+1 соответствует окислению поверхности в пассивной области. Потенциалы начала анодных реакций и окончание катодного процесса для IK = 0,8 А/см2 лежат вблизи потенциала +0,2 В, что соответствует

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

равновесным потенциалам реакций образования Сd(OH)2 и CdO.

Сd+2OH"-2e О СаО+ШО;

Сd+2OH"-2e О Са(ОИ)2.

На рис. 2 показано, как изменяется количество электричества на участке 0+1 (#0+1) с увеличением Л (кривая 1). Прямая АВ соответствует количеству электричества на выделение кислорода по данным газового анализа. Прямая ВС соответствует разности количества электричества, прошедшего в анодный и катодный полупериоды (#+ - Отрезок, заключенный между АВ и ВС, отвечает заряду, пошедшему на образование Cd(OH)2. Отрезок от нижней оси до кривой 1 равен количеству электричества, прошедшему до начала выделения кислорода. Кривая 1 лежит ниже СВ. Это означает, что количество электричества в области 10- тратится не только

на выделение кислорода и образование Cd(OH)2 в растворе, но и окислению поверхности. Это означает, что реакции выделения кислорода и окисления поверхности протекают одновременно.

В

ч ' мКл 1- 1 -1 ж 0

4,0 3 1,0

3,0 2 ■ 2,0

2,0 ■ 1 ■ 3,0

1,0 4,0

А С 5,0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1к, А/см2

Рис. 2. Зависимость значений q0+i, q* , q+ - от величины катодного импульса при 1а=1 А/см2, соответственно кривые 1, 2, 3 / Fig. 2. The

dependence of the values of q0+i, q* , q+ - q~the

magnitude of the cathodic pulse at Ia =1 A/cm2, curves 1, 2, 3 respectively

Катодные кривые заряжения изменяются плавно. Начало основной катодной реакции восстановления никак не проявляется (нет явно выраженных перегибов на кривой заряжения). В катодный полупериод происходит восстановление пассивирующих слоев и затем основного покрывающего слоя окислов и Cd(OH)2.

За время катодного полупериода восстанавливается только часть имеющегося на поверхности кислорода, так что к концу катодного импульса поверхность покрыта разными по составу окислами. Соответственно потенциал электрода в точке 0+ сдвигается в положительную сторону с увеличением катодного импульса более чем на 0,4 В.

Поскольку стационарные потенциалы изменяются с изменением количества окислов на поверхности, состав покрывающих слоев не соответствует фазам определенного состава, а изменяется в пределах одной кристаллической решетки. В некоторых работах отмечается, что в условиях, когда наступает выделение кислорода, возможно образование соединений кадмия, имеющих сверхстехиометрический кислород. Согласно литературным данных, пассивация электрода при сдвиге потенциалов от равновесного для системы Cd/Cd(OH)2/OH- связана не с фазовыми превращениями, а с изменением состава адсорбционных слоев. В этом случае при токе, равном нулю, термодинамическое равновесие может не достигаться и определяется составом и количеством этих адсорбционных слоев, которые только частично успевают восстанавливаться за время катодного импульса. Характерно, что потенциал сразу же после начала прохождения анодного импульса начинает сдвигаться в положительную сторону, и не наблюдается никаких полок, отвечающих окислению или его активному растворению. Электрод в этих условиях остается запассивированным. Катодный импульс при /а > Л не снимает пассивности, и все процессы восстановления и окисления протекают на полностью запассивированной поверхности электрода.

Кривые заряжения для случая 1К > Л представлены на рис. 3. Так же как и в предыдущем случае, точка 1 отвечает началу основного анодного процесса. На участке 0+1 происходит заряд двойного слоя. Однако величина емкости на этом участке (850, 850, 1000, 880 мФ/см2 соответственно для величины анодного импульса, равного 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 А/см2) указывает на то, что здесь происходит посадка или снятие адсорбированных слоев. Десорбцией водорода на кадмии можно пренебречь. Согласно литературным данным, в этой области происходит адсорбция гидроксильных групп. Величины потенциалов

а

при ф0 соответствуют потенциалам катодного процесса для /а > Л. Реакции окисления, которые

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

здесь протекают, обратимы по отношению к катодным реакциям восстановления.

ф, В 5,0 ЩВЭ -1,6

-1,2

4,0

q , мКл 3,0 2,0

1,0

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

0

-0,8

-0,4

1,0 2,0 q+

3,0 мКл

4,0 5,0

Рис. 3. Кривые заряжения на кадмии: 1к =1,0 А/см2; 1а = 1,0; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2 А/см2, соответственно кривые 1, 2, 3, 4, 5 / Fig. 3. Curves charges on cadmium: Ik =1,0 A/cm2; Ia =1,0; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2 A/cm2, respectively curves 1, 2, 3, 4, 5

На участке 0- 2 происходит восстановление образующейся гидроокиси кадмия. Участок 23 соответствует заряду двойного электрического слоя. Здесь также возможно восстановление оксидов кадмия. В точке 3 начинается выделение водорода. Участок 23 для 1а = 0,2 и 0,4 А/см2 имеет один и тот же наклон, соответствующий емкости 400 мФ/см2. Для 1а = 0,6 и 0,8 А/см2 наклон этого участка больше и соответствует емкости 600 мФ/см2.

Рассмотрим заряды, прошедшие на разных участках кривых заряжения (рис. 4). Заряду, пошедшему на основную анодную реакцию с учетом заряда двойного слоя, соответствует кривая 1 (участок 10-). Из хода кривых заряжения видно, что обратная ей катодная реакция протекает на участке 02. Заряду на восстановление на участке 0-2 с учетом двойного слоя отвечает кривая 2. Заряд на двойной слой определяется по максимальному наклону кривой в области восстановления (отрезок 23 для случая Ia = 0,2 А /см2).

Из рисунка видно, что для случая Ia = 0,2 и 0,4 А/см2 до начала заряда двойного слоя восстанавливается весь Cd(OH)2, образовавшийся в предыдущий полупериод, тогда как при случая Ia = 0,6 и 0,8 А/см2 на участке 0 - 2 восстановилось окислов меньше, чем образовалось в конце анодного полупериода на участке 10-. Для случая Ia = 0,6 и 0,8 А/см2 кривые, соответствующие заряжению двойного слоя (участок 23) имеют

больший наклон, чем для /а = 0,2 и 0,4 А /см2. Здесь одновременно с зарядом двойного слоя происходит и восстановление образовавшегося

са(ои)2.

q,

мКл 4,0

3,0 2,0 1,0

4 3

1

2

01,0 2,0 3,0 4,0

5,0

0

0,2

0,4 0,6 Л, А/см2

0,8 1,0

Рис. 4. Зависимость значений q+10-, q"0-2, q"30+, q' - q+ от величины анодного импульса при !к=1 А/см2, соответственно кривые 1, 2, 3, 4 / Fig. 4. The dependence of the values of q+10-, q"0-2, q"30+, q' - q+ the magnitude of the cathodic pulse at !к =1 A/cm2, curves 1, 2, 3, 4 respectively

Кривая 3 соответствует электричеству, прошедшему в области выделения водорода (за вычетом заряда на двойной слой), а прямая

0+0- - заряду на выделение водорода (q"). В обоих случаях отчет производится от верхней оси, а расстояние от кривой 3 до начала оси соответствует заряду, прошедшему до выделения водорода. Кривая 3 лежит выше кривой 1, следовательно, весь Cd(OH)2 восстанавливается до начала выделения водорода. При Ia = 0,2 и 0,4 А/см2 кривые 3 и 0-0+ совпадают, следовательно, в области выделения водорода не происходит восстановления покрывающих окислов. Для Ia = 0,6 и 0,8 А/см2 кривая 3 лежит ниже линии 0+0- . Это означает, что в области выделения водорода происходит восстановление окисленных слоев. Поскольку фазовый гидроксид Cd(OH)2 полностью восстанавливается до начала выделения водорода, в водородной области происходит восстановление адсобционных окислов, образующихся до начала формирования Cd(OH)2. Таким образом, началу образования окислов кадмия при потенциале первого анодного процесса предшествуют какие-то адсорбционные процессы. Согласно литературным данным, они соответствуют посадке кислорода при адсорбции гидроксильных групп. Адсорбционные процессы, связанные с адсорбцией гидроксила, играют важную роль в образовании пассивного состояния. Адсорбция гидроксил ионов на кадмии

0

0

0

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 1

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

носит необратимый характер. Это видно еще и из того, что емкости на участках, предшествующих основным катодным и анодным реакциям, сильно отличаются. Для катодного процесса она соответствует 500 мФ/см2 (участок 23), а для анодного 900 - 1000 мФ/см2 (участок 0+1).

Результаты и их обсуждение

Рассмотрим, в какой степени полученные результаты согласуются с имеющимися в литературе представлениями о механизме окисления и восстановления кадмия. Прежде всего подтверждается большая роль адсорбционных процессов как в первой стадии окисления, предшествующей основной реакции окисления кадмия - образованию фазовых оксидов, так и при образовании пассивности. Полученные результаты свидетельствуют, что жидкофазные процессы, связанные как с химическим растворением, так и образованием частиц в растворе непосредственно при электрохимической реакции, не играют в нашем случае заметной роли в окислении и развития пассивности. В противном случае частицы должны были накапливаться в растворе, так как обратный процесс их восстановления не может проходить полно, и они не могут появиться и затем исчезнуть в превращениях на время одного полупериода. Если бы происходило накопление ионов кадмия в растворе, то такой процесс можно было бы заметить по потере веса при длительном электролизе периодическим током, так как выделяющиеся кислород или водород отводили бы растворенные частицы в объем раствора. Разрушение кадмия протекает в глубоко пассивной области и не связано с последовательными превращениями при окислении и восстановлении поверхности, поскольку максимум разрушения приходится на однополупери-одный ток.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что вероятнее всего процесс окисления и восстановления кадмия протекает в несколько стадий по схеме, предложенной Л.А. Львовой с сотрудниками [10]. Данные о составе пассивирующей пленки, приводимые в литературе, противоречивы. Пассивация может быть обусловлена образованием только CdO. Ряд исследователей указывают на образование только Cd(OH)2. Вероятна также двойная структура пленки, имеющая вид Cd/CdO и Cd(OH)2/OH-. Наши исследования и приведенные экспериментальные данные подтверждают двойную структуру пленки. Можно предположить, что поверх-

ность кадмия экранируется тонкой сплошной пленкой оксида кадмия, а пленка Cd(OH)2 имеет рыхлую структуру, проницаемую для электролита. Эти пленки влияют на кинетические характеристики анодного и катодного процессов.

Выводы

1. Пассивация кадмия в щелочи связана с образованием адсорбционных слоев.

2. При катодной поляризации гидроксид и оксид на кадмии хорошо восстанавливаются, тогда как восстановление адсорбированных слоев протекает с большими затруднениями.

3. Жидкофазные процессы не играют заметной роли при образовании соединений на кадмии.

Литература

1. Пассивность и разрушение металлов при электролизе переменным током / Ф.И. Кукоз, В.П. Григорьев, Ю.Д. Кудрявцев, В.М. Караваев, Н.М. Гонтмахер, В.И. Заглубоцкий, В.В. Демьян, Ю.О. Макогон // Инги-бирование и пассивирование металлов: тез. докл. к науч. симп. Ростов н/Д., 1973. С. 115.

2. Некоторые особенности нестационарного электролиза / Ю.Д. Кудрявцев, Л.Н. Фесенко, В.И. Заглубоцкий,

B.В. Демьян // Химия и химическая технология. Новочеркасск: Из-во НПИ, 1975. Т. 312, С. 99 - 104.

3. Кудрявцев Ю.Д., Демьян В.В. Анодное окисление серебра переменным током в растворе хлорида лития // Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. Спец. вып. 2004.

C. 65 - 68.

4. Демьян В.В., Демьян Е.М., Кудрявцев Ю.Д. Свойства пленок хлорида серебра при анодном окислении серебра переменным асимметричным током в растворе хлорида лития // Вестн. Донского гос. аграрного ун-та. 2013. № 1. С. 66 - 72.

5. Разрушение свинца при электролизе переменным асимметричным током в растворах щелочей / В.В. Демьян, Е.М. Демьян, Ж.И. Беспалова, Л.Н. Фесенко // Вестн. Донского гос. аграрного ун-та. 2015. № 2-2(16). С. 130 - 138.

6. Коробочкин В.В., Ханова Е.А. Определение количества окисленных титана, кадмия и меди при электролизе на переменном токе // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2005. Т. 71, № 6. С. 20 - 23.

7. Коробочкин В.В. Разрушение никеля и кадмия при электролизе переменным током промышленной частоты // Изв. Томского политехн. ун-та. 2003. № 1. С. 23 - 24.

8. Коровин Н.В., Савельева В.Н., Шишков Ю.И. Анодное растворение никеля в щелочно-аммиачном растворе // Электрохимия. 1971. Т. 7, № 10. С. 1491 - 1495.

9. Особенности окисления кадмия в ограничеснном объеме щелочного электролита / М.В. Аксютёнок, Ю.Л. Гунько, А.А. Москвичёв, О.Л. Козина, М.Г. Михаленко // Вестн. Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2012. № 4 (1). С. 154 - 158.

10. Львова Л.А., Грачев Д.К., Панин В.А. Изучение анодного окисления кадмия в растворах КОН методом измерения импеданса // Анодное окисление металлов: сб. статей / под ред. А.Ф. Богоявленского. Казань: Изд-во КАИ, 1968. С. 185 - 188.

ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.

TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1

References

1. Kukoz F.I., Grigor'ev V.P., Kudryavtsev Yu.D., Karavaev V.M., Gontmakher N.M., Zaglubotskii V.I., Dem'yan V.V., Makogon Yu.O. [Passivity and destruction of metallov in the electrolysis of alternating current]. Ingibirovanie ipassivirovanie metallov: te-zisy dokladov k nauchnomu simpoziumu [Inhibition and passivation of metals: abstracts of the scientific Symposium]. Rostov-on-Don, 1973. pp. 115. (In Russ.)

2. Kudryavtsev Yu.D., Fesenko L.N., Zaglubotskii V.I., Dem'yan V.V. Nekotorye osobennosti nestatsionarnogo elektroliza [Some of the features of non-stationary electrolysis]. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya, 1975, vol. 312, pp. 99-104. (In Russ.)

3. Kudryavtsev Yu.D., Dem'yan V.V. Anodnoe okislenie serebra peremennym tokom v rastvore khlorida litiya [Anodic oxidation silver with alternating current in a solution of lithium chloride]. Izv. vuzov. Sev. Kavk. region. Tekhn. nauki. Spets. vyp., 2004, pp. 65-68. (In Russ.)

4. Dem'yan V.V., Dem'yan E.M., Kudryavtsev Yu.D. Svoistva plenok khlorida serebra pri anodnom okislenii serebra peremennym asimmetrichnym tokom v rastvore khlorida litiya [Properties of films of chloride of silver during anodic oxidation of silver alternating asymmetrical current in a solution of lithium chloride]. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2013, no. 1, pp. 66-72. (In Russ.)

5. Dem'yan V.V., Dem'yan E.M., Bespalova Zh.I., Fesenko L.N. Razrushenie svintsa pri elektrolize peremennym asimmetrichnym tokom v rastvorakh shchelochei [Fracture of lead in the electrolysis of alternating asymmetric current in alkaline solutions]. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2015, no. 2-2(16), pp. 130 -138. (In Russ.)

6. Korobochkin V. V., Khanova E. A. Opredelenie kolichestva okislennykh titana, kadmiya i medi pri elektrolize na peremennom toke [Determination of the amount of oxidized titanium, cadmium and copper by electrolysis on alternating current]. Zavodskaya labora-toriya. Diagnostika materialov = Industrial laboratory. Diagnostics of materials, 2005, vol. 71, no. 6, pp. 20-23. (In Russ.)

7. Korobochkin V.V. Razrushenie nikelya i kadmiya pri elektrolize peremennym tokom promyshlennoi chastoty [Fracture of Nickel and Cadmium in the electrolysis of alternating current of industrial frequency]. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 2003, no. 1, pp. 23-24. (In Russ.)

8. Korovin N.V., Savel'eva V.N., Shishkov Yu.I. Anodnoe rastvorenie nikelya v shchelochno - ammiachnom rastvore [The anodic dissolution ofNickel in alkali - ammonia solution]. Elektrokhimiya = Electrochemistry, 1971, vol. 7, no. 10, pp. 1491-1495. (In Russ.)

9. Aksyutenok M.V., Gun'ko Yu.L., Moskvichev A.A., Kozina O.L., Mikhalenko M.G. Osobennosti okisleniya kadmiya v ogranich-esnnom ob"eme shchelochnogo elektrolita [Especially oxidation of cadmium in ogranichesnnom amount alkali electrolyte]. Vestnik Nizhegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo, 2012, no. 4 (1), pp. 154-158. (In Russ.)

10. L'vova L.A., Grachev D.K., Panin V.A. Izuchenie anodnogo okisleniya kadmiya v rastvorakh KOH metodom izmereniya imped-ansa [Study of the anodic oxidation of cadmium in solutions of KOH by the method of impedance measurements]. Anodnoe okislenie metallov: sb. statei [Anodic oxidation of metals: Coll. articles]. Kazan, Izd-vo KAI, 1968, pp. 185-188. (In Russ.)

Поступила в редакцию /Received 21 августа 2017 г. /August 21, 2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.