Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Dr Paweł Krzyczmonik Pracownia Elektrochemii i Korozji Uniwersytet Łódzki marzec 2014 Podstawy elektrochemii i korozji wykład dla II roku kierunków chemicznych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Dr Paweł Krzyczmonik Pracownia Elektrochemii i Korozji Uniwersytet Łódzki marzec 2014 Podstawy elektrochemii i korozji wykład dla II roku kierunków chemicznych."— Zapis prezentacji:

1 1 Dr Paweł Krzyczmonik Pracownia Elektrochemii i Korozji Uniwersytet Łódzki marzec 2014 Podstawy elektrochemii i korozji wykład dla II roku kierunków chemicznych Wykład III w Podstawy elektrochemii i korozji

2 2 Procesy elektrodowe 1. Współczynniki przejścia elektronu 2. Procesy odwracalne i nieodwracalne 3. Elektrokataliza i inhibicja 4. Zarodkowanie i wzrost warstw 5. Wybrane procesy elektrochemiczne

3 3 Podstawy elektrochemii i korozji Równanie Volmera-Butlera

4 4 Podstawy elektrochemii i korozji E=E 0 E

5 5 Podstawy elektrochemii i korozji Dla t=298K i z=1 |η|<< 25,7mV Krzywa prąd-nadpotencjał dla procesu odwracalnego R a - opór aktywacyjny Procesy odwracalne i nieodwracalne Równanie Volmera-Butlera przypadki szczególne

6 6 Podstawy elektrochemii i korozji Krzywe log i -nadpotencjał Krzywa prąd-nadpotencjał dla procesu nieodwracalnego Procesy odwracalne i nieodwracalne Równanie Volmera-Butlera przypadki szczególne Krzywe log i –nadpotencjał z prostymi Tafela Dla t=298K i z=1 |η|>> 25,7mV

7 7 Podstawy elektrochemii i korozji Elektroda polaryzowalna (nieodwracalna) – elektroda która natychmiast przyjmuje potencjał określony przez zewnętrzne źródło napięcia. Przez taka elektrodę nie płynie prąd Elektroda niepolaryzowalna (odwracalna) – elektroda która nie zmienia swojego potencjału pod wpływem zewnętrznego napięcia. Dołączenie do zewnętrznego ódła napięcia powoduje przepływ prądu który przeciwdziała gromadzeniu się ładunku na powierzchnie elektrody i jej polaryzacji.

8 8 Podstawy elektrochemii i korozji Elektrokataliza i inhibicja Adsorbcja fizyczna i chemisorbcja Chemisorbcja proces w którym między substancją adsorbowaną a podłożem tworzą się wiązania chemiczne, limituje to powstawanie jedynie monowarstw. Chemisorbcja w dużym stopniu zależy od materiału elektrody a w nieznacznym od potencjału elektrody. Adsorbcja fizyczna w małym stopniu zależy od materiału elektrody w dużym stopniu zależy od potencjału elektrody. M + H + (aq) + e M-H 2M-H M·H 2 M-H + H + (aq) + e M·H 2 M·H 2 M + H 2(g)

9 9 Podstawy elektrochemii i korozji Elektrokataliza i inhibicja Mediator w roztworze generowany elektrodowo Mediator unieruchomiony w warstwie na elektrodzie Fc Fc + + e Fc + + fenol Fc + chinon

10 10 Podstawy elektrochemii i korozji Zarodkowanie i wzrost warstw

11 11 Podstawy elektrochemii i korozji Zarodkowanie i wzrost warstw

12 12 Podstawy elektrochemii i korozji Przemysłowe zastosowania elektrochemii Otrzymywanie niektórych gazów Otrzymywanie metali i stopów Oczyszczanie metali Elektroliza stopionych soli Elektroliza roztworów wodnych Elektrosynteza związków nieorganicznych Galwanotechnika Wybrane procesy elektrochemiczne

13 13 Podstawy elektrochemii i korozji Reakcja Heyrovsky'ego. Proces elektrochemicznej desorpcji zaadsorbowanego wodoru (pochodzącego np. z reakcji Volmera) połączony z równoczesną wymianą ładunku. Rekacja Tafela. Proces rekombinacji zaadsorbowanych atomów wodoru. Reakcją Volmera. Proces przeniesienia elektronu. Procesy elektrodowe wodoru

14 14 Podstawy elektrochemii i korozji Procesy elektrodowe tlenu Wydzielanie tlenu Redukcja tlenu do wody O 2 + 4H + + 4e 2H 2 O O 2 + 2H + + 2e 2H 2 O 2 H 2 O 2 + 2H + + 2e 2H 2 O O 2 + e + H + HO 2 HO 2 + e + H + H 2 O 2 MO + H 2 O MO 2 + 2H + +2e 2MO 2 2MO + O 2 H 2 O ads + H + + e OH ads + e 2OH ads O ads + H 2 O OH ads O ads + H + + e 2O ads O 2 Na rtęci Na innych metalach

15 15 Podstawy elektrochemii i korozji 2NaCl + 2H 2 O 2NaOH + Cl 2 + H 2 NaCl + 2H 2 O NaOCl + 2H 2 Elektroliza wodnych roztworów NaCl

16 16 Sole stopione, należąc do klasy przewodników elektrolitycznych, dobrze przewodzą prąd elektryczny. Podczas ich elektrolizy na anodzie i katodzie wydzielają się produkty ich rozkładu podobnie jak w przypadku elektrolizy roztworów wodnych. Tak więc z PbCl 2 otrzymuje się ołów oraz chlor, z NaCl – sód i chlor, z NaNO 3 – sód oraz tlen i tlenki azotu. Przewodnictwo soli w stanie stopionym jest znacznie większe niż ich roztworów wodnych. Metodę tą stosuje się, gdy nie można przeprowadzić elektrolizy wodnych roztworów tych soli, gdyż produkty po wydzieleniu reagują z wodą, albo też gdy rudy wykorzystywane do elektrolitycznego otrzymywania metali są w wodzie trudno rozpuszczalne (np. Al 2 O 3 ). Na skalę przemysłową metodą tą otrzymuje się między innymi glin, sód, lit i magnez Podstawy elektrochemii i korozji Elektroliza stopionych soli otrzymywanie sodu i innych metali alkalicznych

17 17 Elektroliza stopionych soli otrzymywanie sodu i innych metali alkalicznych Elektroliza stopionego chlorku sodu (proces Downa). Na + + e Na 0 2Cl - Cl 2 + 2e Podstawy elektrochemii i korozji

18 18 Źródłem chlorku magnezu są naturalne solanki, woda morska, karnalit lub dolomit. Po przeróbce chemicznej surowców otrzymuje się uwodniony MgCl 2, którym zasila się elektrolizery. Proces jest prowadzony w temperaturze ok. 700 o C. Ciekły magnez, o mniejszej gęstości niż elektrolit, zbiera się na jego powierzchni. Na anodzie wydziela się równoważna ilość chloru. Reakcja zachodzi zgodnie z równaniem: MgCl 2 Mg + Cl 2 Zastosowanie: surowiec do produkcji stopów (przemysł lotniczy) materiał konstrukcyjny do wanien elektrolitycznych produkcja ogni sztucznych Elektroliza stopionych soli otrzymywanie magnezu Podstawy elektrochemii i korozji

19 19 Podstawy elektrochemii i korozji Elektroliza stopionych soli otrzymywanie glinu - metoda Halla. II. Elektrolityczna redukcja Jako elektrolit stosuje się tlenek glinu Al 2 O 3, w mieszaninie ze stopionym kriolitem (Na 3 AlF 6 ) i fluorytem (CaF 2 ). T=1000 o C Proces wytwarzania glinu składa się z dwóch etapów: I. Otrzymanie czystego Al2O3 z surowców mineralnych (boksyty) 2Al 2 O 3 4Al + 3O 2 3O 2 + 3C 3CO 2

20 20 Anoda Cu 0 Cu e Katoda Cu e Cu 0 Rafinacja elektrolityczna Metoda elektrorafinacji metali polega na ich elektrolitycznym rozpuszczeniu i ponownym wydzieleniu z roztworu na katodzie, w trakcie tego procesu zanieczyszczenia pozostają w roztworze lub opadają na dno elektrolizera jako tzw szlam anodowy. Hutnicza miedź zawiera ok. 60% Cu, a poza tym inne pierwiastki takie jak Ag (ok. 2kg/t), Au (ok. 50g/t) inne Pb, Sb, As, Se, Ni, Te, Fe, Co, Zn, Bi. Na skalę przemysłową prowadzi się elektrorfinację miedzi. Poza tym na mniejszą skalę rafinuje się Ag, Au. Podstawy elektrochemii i korozji

21 21 Rafinacja elektrolityczna miedzi Celem elektrolitycznej rafinacji miedzi jest usunięcie pozostałych zanieczyszczeń i otrzymanie miedzi wysokiej czystości 99,99%. Proces prowadzi się w betonowych wannach wyłożonych ołowiem, w których na przemian zawiesza się miedziane anody uzyskane w procesie rafinacji ogniowej i cienkie katody z miedzi elektrolitycznej, na których osadza się miedź w procesie rafinacji. Jako elektrolit stosuje się 15% wodny roztwór H 2 SO 4, zawierający ok. 2- 3% CuSO 4. Proces prowadzi się w temp C, gęstość prądu wynosi 200 A/dm 2. Metale bardziej elektrododatnie nie rozpuszczają się i opadając na dno tworzą szlam. Produkcja hut w KGHM Polska Miedź S.A. Podstawy elektrochemii i korozji

22 22 Podstawy elektrochemii i korozji Rafinacja elektrolityczna miedzi

23 23 Srebro otrzymuje się głównie z koncentratów ze szlamu anodowego z rafinerii miedzi, a także z rafinerii innych metali nieżelaznych jak ołów, nikiel i cynk. Często stosuje się rafinację metodą Mőbiusa. Jako katody stosuje się blachy srebrne i aluminiowe. Anody stanowią blachy z surowego srebra. Jako elektrolit używa się 1-6% roztwór AgNO 3. Gęstość prądu wynosi A/dm 2 powierzchni anody A/dm 2 katody. Rafinacja elektrolityczna srebra Podstawy elektrochemii i korozji

24 24 Rafinacja elektrolityczna złota Proces polega na prowadzeniu elektrolizy w gorącym, kwaśnym roztworze chlorku złota z anodami wykonanymi z poddawanego rafinacji metalu i katodami wykonanymi z cienkich wstęg walcowanego złota. Roztwór ma temperaturę 70 0 C i zawiera od 7 do 8% złota i 10% kwasu solnego. Gęstość elektrolitu wynosi 1,30 g/cm 3. Podstawy elektrochemii i korozji

25 25 Podstawy elektrochemii i korozji Cynk na skalę przemysłową otrzymuje się metodą pirometalurgiczną bądź hydrometalurgiczną. W procesie hydrometalurgicznym koncentrat poddaje się ługowaniu roztworem kwasu siarkowego (H 2 SO 4 ), otrzymany roztwór siarczanu cynku (ZnSO 4 ) oczyszcza się, i wydziela się z niego metaliczny cynk drogą elektrolizy. Oczyszczany roztwór przechodzi do elektrolizerni, gdzie cynk jest otrzymywany elektolitycznie Stosuje się anody ołowiowane i katody aluminiowe. Cynk osadza się na katodach, a na anodach wytwarza się tlen (-) Zn e Zn 0 (+) 2H 2 O 4H + + O 2 + 4e Następnie okresowo zdziera się cynk z katod, przetapia i odlewa w tzw. gąski. Hydrometalurgia Otrzymywanie cynku, kadmu

26 26 Podstawy elektrochemii i korozji Kadm jest produktem uboczny metalurgii cynku. Wytwarzany jest poprzez elektrolizę roztworu siarczanu (VI) kadmu (CdSO 4 ), Hydrometalurgia Otrzymywanie cynku, kadmu (-) Cd e Cd 0 (+) 2H 2 O 4H + + O 2 + 4e Następnie kadm otrzymany elektrolitycznie poddawany jest destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w celu otrzymania czystego kadmu.

27 27 Elektrosynteza związków nieorganicznych Otrzymywanie chloranów (V) Otrzymywanie chloranów (VII) Otrzymywanie peroksodisiarczanu (VI) amonu

28 28 Podstawy elektrochemii i korozji Galwanotechnika Galwanostegia Galwanoplastyka Elektroforming Galwanostegia Cynkowanie Kadmowanie Miedziowanie Niklowanie Chromianowanie Srebrzenie Warstwy stopów Pokrywanie tworzyw sztucznych Warstwy konwersyjne

29 29 Podstawy elektrochemii i korozji 1.H.Scholl, T. Błaszczyk, P.Krzyczmonik, " Elektrochemia - Zarys teorii i praktyki", Wyd. U Ł, I.Koryta, I.Dvorak,V.Bohackowa, "Elektrochemia", PWN, H.Scholl, Wykłady z elektrochemii, Łódź 4.W.Libuś, Z.Libuś, "Elektrochemia", PWN, A.J.Bard, G.Inzelt, F.Scholz, Electrochemical Dictionary Springer, A.Kisza, Elektrochemia I, Jonika, WNT Warszawa, A.Kisza, Elektrochemia II, Elektrodyka, WNT Warszawa, 2001 Literatura

30 30 Dziękuje za uwagę Podstawy elektrochemii i korozji


Pobierz ppt "1 Dr Paweł Krzyczmonik Pracownia Elektrochemii i Korozji Uniwersytet Łódzki marzec 2014 Podstawy elektrochemii i korozji wykład dla II roku kierunków chemicznych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google