Электрохимия

Рассмотрены основные теоретические понятия и закономерности возникновения электродвижущих сил в гальваническом элементе. Содержит рекомендации и указания к лабораторной работе и индивидуальные задания для проведения коллоквиумов и практических работ по определению электродвижущих сил гальванических элементов и потенциалов электродов.

Рассмотрены основные свойства и области применения висмута, а также составы растворов, использующихся для осаждения висмутовых покрытий и пленок. Особое внимание уделено обобщению литературных данных и новых результатов экспериментальных исследований и квантово-химических расчетов авторов по комплексообразованию висмута (III) c рядом О-, N- и S-содержащих лигандов (этилендиаминтетраацетат-, тиоцианат-, тиосульфат- и сульфит-ионами и тиокар-бамидом) и электрохимическому поведению висмута в водных растворах, содержащих комплексы висмута (III) с вышеуказанными лигандами.

Приведены задачи, которые включены в домашнее задание модуля II «Растворы. Электрохимические явления и процессы» курса «Общая химия». В каждом разделе пособия даны примеры решения типовых задач. В приложении представлен обширный справочный материал.

Изложены краткие теоретические сведения по основам химической термодинамики, фазовых равновесий и растворов, химической кинетики, катализа и электрохимии.

Учебное пособие служит руководством для студентов при освоении и подготовке к защите модуля «Электрохимические процессы» по курсу общей химии и модуля «Химическая и электрохимическая коррозия» по курсу «Теория коррозии и методы защиты металлов» в соответствии с программами бакалавриата и специалитета технических направлений. Изложены теоретические представления о механизмах коррозии, рассмотрены классификация коррозионных процессов, их кинетические и термодинамические закономерности, методы защиты от коррозии. Приведены расчетные формулы, примеры решения типовых задач, контрольные вопросы и задачи для самостоятельного решения.

Пособие является частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Физическая химия» и включает в себя теоретические сведения и примеры решения типовых задач по разделам: «Гальванические элементы», «Коррозия» и «Электролиз». Разработано в соответствии с ФГОС ВО 3+ и рабочей программой по дисциплине «Физическая химия».

Рассмотрены вопросы стандартизации в электрохимической технологии и защите от коррозии. Предназначено для студентов направления подготовки 18.04.01 «Химическая технология», обучающихся по программам «Перспективные электрохимические технологии» и «Коррозия и защита металлов».

Содержит краткую теоретическую часть и базу тестовых заданий по основным разделам дисциплины «Физическая химия» для проверки текущих и остаточных знаний.

Рассмотрены особенности возникновения двойного электрического слоя на границе раздела фаз, диффузия, диффузионный потенциал. Проанализировано применение потенциометрических методов для определения активности, рН, произведения растворимости, чисел переноса в растворах электролитов.

Рассмотрены основные понятия и законы, описывающие поведение электролитов. Приведены тестовые задания, подготовленные для контроля знаний студентов при изучении раздела «Растворы электролитов».

Рассмотрены основные теоретические положения явлений и процессов, протекающих в тонкодисперсных системах. Представлены примеры проектирования органоминеральных порошковых композиций, а также уделено внимание вопросам физикохимии взаимодействия ультра- и наноразмерных частиц

Пособие соответствует федеральному государственному стандарту дисциплины «Электрохимические методы анализа» направления 04.03.01 «Химия» и специальности 04.05.01 «Фундаментальная и прикладная химия». Рассмотрены основные электрохимические методы: потенциометрия, вольтамперометрия, кондуктометрия, кулонометрия. Даны основные понятия и теоретические основы электрохимических методов анализа.

Подготовлено на кафедре физической химии химического факультета Воронежского государственного университета.

Подготовлено на кафедре физической химии химического факультета Воронежского государственного университета.

В методических указаниях даны основные сведения об электрохимических методах анализа. Главное внимание уделено практическому применению потенциометрических методов в условиях лабораторных занятий.

Рассмотрены три направления в электрохимии: импульсный электролиз, комлексообразование в электрохимических процессах, электроосаждение сплавов. Приведены сведения по стадийному анодному формированию и катодному восстановлению комплексов металлов.

Биобиблиография содержит данные о жизни и деятельности профессора, доктора химических наук, заслуженного деятеля науки и техники РТ и РФ, первого заведующего кафедрой технологии электрохимических производств КХТИ-КГТУ Николая Васильевича Гудина. Она включает в себя основные и наиболее важные этапы его жизненного пути, перечень научных и научно-методических публикаций, не опубликованную при жизни рукопись, в которой отражена история электрохимического образования в Казани и Казанском химико-технологическом институте.

В статье рассмотрены процессы, способствующие деградации характеристик мембранно-электродных блоков (МЭБ) электролизеров воды с твердым полимерным электролитом (ТПЭ). В частности, показано, что в процессе ресурсных испытаний электролизной ячейки с ТПЭ имел место унос платины из катодного активного слоя и ее осаждение в прикатодной области мембраны. Помимо платины, в мембране был обнаружен ряд других элементов (Ti, Ir, Fe, Ni, Si), переносимых в нее водойреагентом из конструктивных элементов МЭБ, электролизной ячейки и ее внешней обвязки (анодного электрокаталитического слоя, полуячеек, трубопроводов, резервуара-сепаратора для воды и пр.). Наблюдаемая значительная потеря платины катодным каталитическим слоем ведет к снижению его активности (за счет снижения концентрации наночастиц платины и потери их связанности), а появление в мембране ионов платины и других элементов, имеющих более низкую подвижность, чем ионы водорода, вело к снижению проводимости и изменению структуры мембраны, в результате чего напряжение электролиза в процессе ресурсных испытаний росло

При исследовании разнообразных процессов и систем с учетом физических и химических взаимодействий между различными объектами реальной действительности приходится сталкиваться с многочисленными трудностями. Одна из них заключается в том, что для её преодоления требуется объединить знания в различных предметных областях из разных разделов естествознания, каждая из которых имеет свою методологию, свой аппарат и даже свою терминологию. Лишь использование междисциплинарного подхода может в этом случае обеспечить должное решение стоящих научных задач и развитие всевозможных приложений в практике.

Abstract. LaNi4,3–xCoxMn0,4Al0,3 materials (x=0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0) were prepared and examined using XRD technique. Ingot electrodes were formed from these materials for electrochemical studies, namely cyclic voltammetry with different scanning rates n (mV/s). A determination of surface capacity QS of the ingot electrodes was carried out with an extrapolation to infinite scan rate, taking into account the polarisation direction as charging or discharging. The thickness of superficial active layer dS was calculated from QS values. Based on the variation of QS and dS according to variation of Co ratio x, it is found that there are two suitable Co ratios corresponding to two opposite processes: charging and discharging.

Ingot electrodes have been made of blocks of LaNi4.3–xCoxMn0.4Al0.3 (x = 0 ÷ 1) materials which were fabricated in an arc melting furnace and following by annealing at 1100 °C in argon atmosphere during 7 days. Surface and performance capacities of the ingot electrodes have been determined using cyclic voltammetry (CV), potentiostatic (PS) and galvanostatic (GS) techniques. Basing on the experimental data, the thicknesses of active layer (λa) and of performance layer (dp) on the electrodes have been calculated. Thickness of layers depend on Co ratio in the alloys. With x Co ratio in the range from 0.5 to 0.75, the highest surface capacity, λa = 0.4 nm, has been considered, corresponding to two atomic layers. The performance thickness of ingot electrodes in the range from 0.8 to 1.5 μm, the highest about 2 μm was found in sample with x = 0.75.

Рассмотрены различные электрохимические способы подготовки стали под нанесение однослойных эмалей. Исследованы основные свойства обработанных стальных образцов, а также нанесенных на них эмалевых покрытий. Сделан вывод о применимости исследованных способов

Основан по инициативе академика А.Н. Фрумкина в 1965 г. Публикуются оригинальные статьи, обзоры, краткие сообщения, письма в редакцию, хроника и рецензии на книги по всем аспектам электрохимии. Журнал является рецензируемым и включен в Перечень ВАК для опубликования работ соискателей ученых степеней.

Учебно-справочное пособие, содержащее сведения о важнейших проблемах электрохимии металлов и актуальных вопросах практической гальванотехники. Рассмотрены современное состояние теории электродных процессов, нуклеации и роста кристаллов, образования сплавов и включения примесей, влияния блескообразующих и выравнивающих добавок, вопросы распределения тока по поверхности, преимущества и недостатки разнообразных видов покрытий из металлов и сплавов, приведена рецептура современных электролитов. Читатель найдет детальные сведения о способах приготовления растворов, режимах работы, особенностях эксплуатации гальванических ванн, новых технологических процессах, а также о роли основных компонентов, примесей и добавок, методах контроля физических свойств и структуры гальванопокрытий.

Данные методические указания представляют собой базовый курс лекций по трем темам с учетом современных представлений и уточнений. Они включают важнейшие понятия, термины, а также содержат различные примеры по наиболее сложным моментам. Каждая тема оснащена контрольными вопросами и заданиями, а также содержит тестовые задания в формате ЕГЭ.

Методические указания разработаны в соответствии с программой по неорганической химии для студентов направления 020100.62 «Химия» и 020300.62 «Химия, физика и механика материалов». Включают теоретический обзор, лабораторный практикум и задания различной степени сложности для закрепления знаний.

В обзоре рассмотрены перспективы использования молекулярного распознавания искусственными рецепторами (макроциклическими соединениями и полимерами с молекулярными отпечатками) при создании сенсоров для определения биологически активных соединений - субстратов оксидоредуктаз в объектах со сложными матрицами. Впервые систематизированы сведения о получении, свойствах и применении в анализе комплексов указанных искусственных рецепторов с аналитами - органическими соединениями различных классов. Особое внимание уделено обсуждению подходов, обеспечивающих специфичность действия рецепторов за счет молекулярного распознавания.

Методами лазерной фотоэмиссии исследованы электродные реакции интермедиатов, образовавшихся при захвате радикалов • OH молекулами диметилсульфоксида (ДМСО) в водных буферных растворах в интервале pH от кислых до щелочных. Полученные данные сопоставлены с параметрами одноэлектронного восстановления CH[3]-радикалов, фотоэмиссионно генерированных из метилгалогенидов CH[3]X (X = Cl; I). Сделан вывод об идентичности интермедиатов в этих системах, так как первичный продукт захвата OH-радикалов ДМСО – аддукт (CH[3]) [2]SO• (OH) – самопроизвольно разлагается за время <2. 10{–5} с, образуя • CH[3]. В интервале pH от слабо щелочных к слабо кислым и периодах модуляции светового потока УФ-лазера Tm 90–300 мс на время-разрешенных вольт-амерограммах интермедиатов обнаружены аномалии, предположительно связанные с медленным образованием ртутьорганических производных – продуктов взаимодействия компонентов системы ДМСО–OH-радикал–ртутный электрод.

Проведены квантово-химические расчеты и изучены матричные ИК-спектры систем Ni[4] + CH[4], Ni[4] + H[2]O, Ni[4] + CH[4] + H[2]O и Ni[4] + H[2]O[2]. Результаты рассмотрены совместно с данными по аналогичным продуктам реакций Nin (n = 1-3). Показано, что для изучаемых систем характерно образование структур комплексов с мостиковым положением как атомов водорода, так и радикалов CH[3] и OH. Интересно, что никелевый каркас основных состояний образующихся молекул в системах с Ni[4] имеет форму плоского ромба, в отличие от самого кластера Ni[4], для которого основной изомер пирамидален.

Изучены физико-химические свойства композиционных электрохимических покрытий медь–УДА осажденных из цитратного электролита меднения. Установлено влияния присутствия ультрадисперсного алмаза в электролите на твердость, износостойкость, пористость, адгезию, рассеивающую способность полученных композиционных электрохимических покрытий.

Методом лазерной абляции получены нанослоистые пленки, образованные слоями халькогенидного стекла (GeSe2)30(Sb2Se3)30(AgI)40 и AgI. Толщина слоев имеет величину порядка 10 нм при общей толщине пленок 1 мкм. Проведены РФА и импедансная спектроскопия пленок в интервале температур от комнатной до 200 0С. Оба метода исследования показали, что при повышении температуры фазовый переход AgI β/γ→α происходит при 150-170оС, в то время как при понижении температуры переход α→β/γ наблюдается при 90-60оС. Таким образом, удалось расширить температурный интервал существования высокопроводящей модификации суперионного твердого электролита a-AgI в структуре, обеспечивающей сквозную проводимость по α−AgI.

В учебно-методическом пособии излагаются основы подготовки и проведения экспериментов по исследованию термодинамических и кинетических свойств расплавленных солей. Предназначено для самостоятельной подготовки магистрантов к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электрохимия расплавленных солей».

Систематизированы данные о физико-химических свойствах высокотемпературных протонных проводников на основе сложных оксидов. Описаны методы их синтеза, дефектность, процессы гидратации, транспортные свойства. Рассмотрены основные области использования этого класса материалов, показана их перспективность как компонентов различных электрохимических устройств.

В диссертационной работе рассмотрены вопросы определения состава и устойчивости комплексов Ti(IV), участвующих в процессе электрохимического аминирования, установления взаимосвязи между природой этих комплексов, редокс-свойствами медиаторной системы Ti(IV)/Ti(III) и эффективностью замещения, а также оценка возможности высокоселективного введения аминогруппы в ароматическое кольцо замещенного моноаминосоединения и синтеза моноаминов в водно-органических растворах разбавленной серной кислоты.

Приведены типовые задачи по темам «Растворы электролитов», «Гальванические элементы. Электролиз», «Коррозия и защита металлов от коррозии» для контроля знаний студентов по темам модуля 3 курса химии в техническом университете.

Рассмотрены основные вопросы теоретической электрохимии: строение межфазных границ и модели двойного электрического слоя, кинетика и термодинамика электродных процессов в гальванических элементах и при электролизе. Приведены задачи с примерами решения.

В пособии рассмотрены основные вопросы теоретической электрохимии: кинетика и термодинамика электродных процессов в гальванических элементах и при электролизе, строение межфазных границ и модели двойного электрического слоя, особенности коррозионных процессов и методы защиты металлов от коррозии. Приведены примеры и задачи для самостоятельного решения.

В представленной диссертационной работе рассмотрены коаксиальный электролизер с осевым узкоцилиндрическим электродом и его применение для очистки воды от соединений железа. В работе предпринята попытка решения новой научной задачи в области прикладной электрохимии, которая заключается в создании и использовании бездиафрагменного электролизера, позволяющего проводить электрохимическую коррекцию рН воды и, одновременно, электрокоагуляцию мешающих примесей, например, соединений железа.

Представленная диссертационная работа посвящена установлению состава тартратных и цитратных комплексов сурьмы(III) в зависимости от pH среды и способов координации указанных лигандов, выявлению электрохимически активной формы комплекса и обоснование элементарного акта переноса заряда на молекулярном уровне.

Рассмотрены вопросы моделирования электрохимических процессов при разработке методов и средств контроля динамики воспалительных процессов. Основной моделью является электрохимическая ячейка, которая рассмотрена с позиции термодинамики и диффузии электрически заряженных частиц. В конце получены уравнения, позволяющие связать термодинамическое и статистическое описание явлений в электрохимической ячейке.

Для сближения потенциалов разряда меди и никеля и осаждения сплава медь-никель предложена комбинация лигандов - сульфосалицилат-ион и аммиак. Исследованы зависимости состава сплавов и выхода по току от состава электролита, катодной плотности тока, температуры и pH электролита. Рассмотрены физико-механические свойства покрытия.

Разработан малотоксичный электролит для нанесения покрытия сплавом олово-цинк (20-50%), содержащий молочную кислоту следующего состава: молочная кислота (80 % водный раствор) - 1, 5-4, 5 г/л. Покрытие сплавом, содержащим 48-52 % олова, обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью, малым значением внутреннего напряжения сжатия и переходного электросопротивления, высокой износостойкостью и способностью к пайке.

Исследован механизм катодного внедрения лантана в структуру представленного электрода. Показано, что модифицирование электрода лантаном и литием приводит к увеличению стабильности характеристик модифицированного LiLa[0, 01]Mn[1, 99]О[4] электрода в качестве катодного материала литиевого аккумулятора.

Показана возможность получения электролитических сплавов кобальта и никеля из сульфатно-оксалатного электролита.

Исследовано электрохимическое поведение серебра в водно-аминоспиртовых растворах, содержащих бензимидазол и его производные.

Показана возможность улучшения триботехнических свойств представленных материалов.

Методом циклической вольтамперометрии изучено окислительно-восстановительное поведение ряда производных фталоцианина меди в щелочном растворе. Дана оценка электрокаталитической активности соединений в реакции электровосстановления молекулярного кислорода.

Работа посвящена проблеме эффективности электрополирования металлов, которое во многом определяется процессами формирования и растворения пассивирующих слоев, образующихся при анодной поляризации. Одним из методов, позволяющих исследовать эти процессы, является циклическая вольтамперометрия.

Методом электрохимического внедрения получены тонкопленочные электроды Bi-Cu, Bi-Pb, Bi-Pb-Cu, Bi- Cu-Ca, Ca-Cu, Ca-Pb, рассчитаны их диффузионнокинетические характеристики, определен фазовый состав, установлена глубина проникновения внедряющихся металлов в металл подложки, определена стабильность формирующихся фаз.

Проведено модельное исследование влияния начального состава представленных смесей на стационарные параметры плазмы тлеющего разряда постоянного тока. Получены рассчетные данные по энергетическим распределениям электронов, интегральным характеристикам электронного газа и концентрациям заряженных частиц.