Уроку в темі Тема: Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів

Скачати 368.68 Kb.

Назва	Уроку в темі Тема: Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів
Сторінка	3/4
Дата	19.10.2013
Розмір	368.68 Kb.
Тип	Урок

bibl.com.ua > Фізика > Урок

1 2 3 4

Електрохімічне оксидування.

Оксидування (створення на поверхні металу щільної окисної плівки) застосовується як один з методів захисту металів від корозії або як декоративне покриття.

Метали оксидують при потенціалі виділення кисню на аноді. Атомарний кисень вступає в хімічну реакцію з металом анода і утворює окисну плівку завтовшки від декількох мікрон до декількох сотень мікрон. Плівки, отримані електрохімічним оксидуванням, тонші і щільніші, чим природні або отримані термічним способом.

Оксидування (анодування) алюмінію. Найчастіше анодуванню піддаються вироби з алюмінію. Електролітом служить 15-20-процентний розчин сірчаної кислоти. Катоди виготовляють зі свинцю.

Іони кисню дифундують через окисну плівку металу, окислюючи метал під плівкою. Швидкість росту плівки у міру її потовщення і ущільнення зменшується.

Оксид алюмінію дуже твердий, що підвищує механічну міцність поверхні. Оксидна плівка на алюмінії складається з двох шарів: безпористого аморфного шару на поверхні металу завтовшки 0,01-0,03 мк і товстого комірчастого. Пористість верхньої частини плівки сприяє хорошому зчепленню поверхні з лаками. Пори можна заповнити мінеральним маслом, фарбами, пігментами. Ці плівки є діелектриками. Анодований алюміній можна забарвлювати в найрізноманітніші кольори. Легка забарвлюваність пояснюється пористістю оксидної плівки і осадженням барвника в найдрібніших порах. При фарбуванні неорганічними з'єднаннями предмет витримують при кімнатній температурі по 5-10 хв спочатку в розчині одній, потім іншій солі. Солі при взаємодії один з одним дають забарвлені з'єднання. Так, наприклад, для отримання синього забарвлення виріб витримують спочатку в розчині залізосинеродистого калію (10-15 г/л), промивають водою і переносять в розчин хлорного заліза. Предмети туалету з анодованого алюмінію (запонки, браслети, кільця, шпильки і т. д.) забарвлюють в колір золото. Для цього окисну плівку послідовно просочують в розчинах декількох барвників. Метал заздалегідь полірують, оксидують, ретельно відмивають від електроліту водою, забарвлюють в розчині.

Оксидування магнію. Магній - активний метал. Порівняно висока корозійна стійкість магнію в атмосферних умовах і у воді пов'язана з утворенням на його поверхні щільної, нерозчинної у воді окисної плівки окислу магнію. Неодмінною умовою стійкості металу до корозії є висока . чистота магнію (не більше 0,015 % домішок).

Електрохімічним оксидуванням вдається сформувати плівку з підвищеними захисними властивостями.

Анодовану поверхню покривають ще і лаком.

Оксидування (вороніння) сплавів заліза. При оксидуванні сплавів заліза на поверхні утворюється плівка чорного кольору з синім відтінком з магнетиту

, захищають метал від корозії в атмосферних умовах.

Цю плівку наповнюють маслом, окислом хрому або іншими речовинами, а також покривають лаками і фарбами.

Додаток 3

Гальванотехніка.

Робочі характеристики виробу багато в чому залежать від якості його поверхні. Саме тому в сучасній промисловості велике значення надають обробці зовнішніх сторін деталей. Найбільш ефективними вважаються методи гальванотехніки (від імені італійського фізіолога Л. Гальвани і "техніка") - прикладної науки, що займається процесами осадження металів під дією електричного струму. Суть гальванічних методів полягає в наступному. У ванну з розчином солей металу, підмета осадженню (електроліт), поміщають два електроди. Один, зроблений з того ж металу (анод), підключають до позитивної клеми джерела струму. Негативним електродом (катодом) служить предмет, який треба покрити металом. Коли через електроліт проходить струм, анод розчиняється, а метал осідає на катоді. Залежно від складу розчину і попередньої підготовки поверхні шар металу утворює покриття або дає відбиток, який відділяється від поверхні.

Гальванотехніка включає гальваностегію і гальванопластику, Гальваностегія (від імені Гальвани і греч. "стего" - "покриваю") - нанесення на поверхню виробу тонких металевих покриттів. Матеріалом може служити цинк, нікель, хром, мідь, олово, свинець, кадмій. Ці метали захищають вироби від корозії і механічного зносу, підвищують їх твердість. Іноді створюють покритті, що мають заздалегідь задані технічні характеристики, скажемо певною електропровідністю, яка строго залежить від частоти змінного струму.

Методами гальванопластики : (від імені Галъвани і греч. "пластиці" - "творення") на поверхні виробу облягають товстий шар металу, який легко відділяється від форми і добре відтворює її рельєф.

Так роблять друкарські кліше, валяння для тиснення шкір, тонкі металеві сітки, фольгу, копії витворів мистецтва, деталі авіаційної техніки, прес-форми та ін. За допомогою гальванопластики виготовляють деталі з матеріалів, що важко піддаються традиційній обробці.

Гальванічний спосіб застосовують також для очищення (рафінування) металів. Наприклад, пластина анода виготовлена з міді невисокої якості (з домішками). Добитися, щоб на катоді осідала тільки чиста мідь, а усі домішки йшли в осад, можна, підібравши склад електроліту. Саме таким чином отримують матеріал для електротехнічної промисловості. Якщо деталь зробити анодом, то в електролітичній ванні вона швидко і легко відполірує: в першу чергу "розчинятися" починають виступи і шорсткості на поверхні.

Разом з достоїнствами у методів гальванотехніки є і істотні недоліки. По-перше, гальванічне виробництво небезпечне для природного довкілля; це найбільше джерело рідких і твердих токсичних відходів, у тому числі розчинів кислот, лугів і солей важких металів. По-друге, гальванотехніка неекономічна: коефіцієнт корисного використання кольорових металів складає 30-80 %, кислот і лугів - 5-20 %, води - 2-5 %, енергії - 70-80 %. І нарешті, таке виробництво належить до шкідливих: в нім люди працюють з великими об'ємами розчинів, що містять важкі метали, кислоти, луги, розчинники.

Аж до 80-х it. гальванічні цехи чисто були ланцюжками ванн, над якими піднімалася отруйна пара. Уздовж ряду ванн пересувалися підвіски з деталями, навішеними вручну. До кінця XX ст. вдалося створити автоматизовані маловідхідні цехи. Тепер покриття на вироби-напівфабрикати (стрічку, дріт, листи) наносять в установках з безперервним рухом виробів, а управляє процесом комп'ютер.

Як же майбутнє гальванотехніки? На думку більшості експертів, для сучасного виробництва, зокрема радіотехнічній і електронній промисловості, потрібні раніше усього покриття з широким діапазоном заданих властивостей. Вони потрібні для виготовлення інтегральних схем, компакт-дисків і т. д. В обчислювальній техніці вимагаються покриття із заданими магнітними властивостями. А гальванопластику використовують в рентгенівській техніці, для виготовлення деталей супутників і виробів особливо точних розмірів. Гальванотехніку все більше зв'язують з розвитком новітніх і високих технологій.

Додаток 4

Використання гальванізації і електрофорезу в медицині.

Щонайтонші, делікатні процеси в живих організмах - в клітинах, мембранах, нервових волокнах і нейронах. Імплантовані паливні елементи, в яких використовуються складові ультрафильтрата крові, є постійними джерелами енергії для допоміжних приладів, контролюючих стан здоров'я пацієнта. Перспективним є біологічний паливний елемент, що забезпечує роботу протеза серця. В майбутньому набуде особливого значення електролізний спосіб видалення з організму людини сечовини шляхом її окислення в нирковій діалізній системі. Такий проект наблизить створення дійсно портативного апарату штучної бруньки.

У медицині широко застосовують такі методи лікувальної дії, як гальванізація і електрофорез. Гальванізація (дія постійним струмом невеликої сили і напруги) виявляє болезаспокійливу дію, покращує периферичний кровообіг, сприяє відновленню уражених тканин, особливо нервовою, стимулює регуляторну функцію нервової системи.

Лікувальний електрофорез (спрямований рух колоїдних часток або іонів ліків) - комбінована лікувальна дія на організм постійного електричного струму і що вводяться їм через шкіру або слизові оболонки компонентів лікарських препаратів. При електрофорезі підвищується чутливість рецепторів до ліків, досягається локалізація препарату в потрібній області організму і збільшується тривалість його терапевтичної дії, що дозволяє понизити дозу ліків без зниження лікувального ефекту.

Додаток 5

Електрохімічний метод розподілу речовин. Електрофорез.

Електрофорез (від алектро і греч. форесис -перенесение). Це один з важливих електрохімічних методів, в якому розподіл речовин заснований на відмінностях в подвижностях в неорганічних і органічних іонів, колоїдних часток та ін. в рідкій фазі під дією зовнішнього електричного поля.

Електролітичний розподіл проводять на носієві, як який може бути використана фільтрувальна паперу. Аркуш паперу просочують електролітом, а краї листа підключають до двох електродів, що знаходяться в різних посудинах. На середину аркуша паперу поміщають краплю аналізованого розчину (1-100 мкл) і включають струм, що призводить до руху заряджених часток з різною швидкістю внаслідок різної рухливості іонів, яка залежить від їх заряду і розміру. Так відбувається розподіл суміші.

Цей метод, що дозволяє розділяти заряджені частки, використовують при аналізі білків, амінокислот, вітамінів, антибіотиків та ін. Відповідайте на питання:

1. Этиомология терміну "Електрофорез".

2. На чому заснований метод електрофорезу?

3. Як відбувається розподіл сумішей?

4. Де використовується метод електрофорезу?

Додаток 6

Застосування електролізу для виміру елементарного заряду

У 1898 році, англійським вченим Джозефом Томсоном, був відкритий електрон, частка речовини з найменшим електричним зарядом. Але ще в 1881 році німецький фізик Герман Гельмгольц, використовуючи електроліз і слідство із закону Фарадея, виміряв чисельне значення елементарного заряду.

Питання: Які прилади міг використовувати Гельмгольц в досвіді у наш час?

Відповідь:

Амперметр - прилад, що вимірює силу струму;
Години або секундомір;
Важільні ваги з важком і Періодичну систему хімічних елементів Д. І. Менделєєва

Гельмгольц звернув увагу на те, що заряди, переносимі при електролізі кожним іоном, є цілими кратними мінімального заряду, рівного 1,6*10^-19 Кл. Одновалентний іон (K, Ag) переносить один такий заряд; двовалентний (Сu, Zn) - два такі заряди.

Не було випадку, щоб при електролізі переносився заряд, що містить дробову частину від
1,6*10^-19 Кл. Учений зробив звідси висновок, що заряд в 1,6*10^-19 Кл. є найменший заряд, існуючий в природі, він дістав назву "Елементарного заряду". Чисельне значення елементарного заряду співпало із зарядом електрона, відкритого набагато пізніше (1898 р.).

Пізніше були знайдені інші способи виміру елементарного заряду, але і вони дали той же результат. Це є кращим підтвердженням правильності іонного механізму проходження струму через електроліти.

Додаток 8

Металургія - це наука про методи і процеси отримання мeталлов з руд і інших металовмісних продуктів. Залежно від методу отримання мeталлов з руди існують декілька видів металургійного виробництва, у тому числі електрометалургія.

Електрометалургія - це методи отримання чистих металів заснований на електролізі. Електролізом отримують велику к-ть металів, у тому числі і Аl.

Отримання металів електролізом їх з'єднань широко використовують в сучасній металургії. Практично увесь алюміній нині отримують електролізом оксиду алюмінію Аl2O3, що міститься в глиноземі і бокситах.

Кристалічна решітка оксиду алюмінію складається з сильно поляризованих атомів алюмінію і кисню, сили тяжіння між якими дуже великі. Це обумовлює високу температуру плавлення оксиду алюмінію - близько 2050°С. Із-за складності в досягненні такої високої температури і енергоємності процесу алюміній довгий час відносили до дуже дорогих металів, вдесятеро дорожче за золото. Навіть після того, як французький хімік А. Девиль розробив прийнятний хімічний спосіб отримання досить чистого алюмінію, вартість його залишалася високою.

Великому російському хімікові Д.И.Менделееву на знак визнання його заслуг у Великобританії був піднесений дуже дорогий подарунок - ваги, одна чаша яких була зроблена з чистого золота, а інша - з не менш дорогого чистого алюмінію.

Американський студент - хімік М. Хол і французький металург П. Еру незалежно один від одного розробили метод отримання алюмінію, який зробив можливим промислове отримання алюмінію.

Процес отримання А1.

Процес проводять в спеціальній електролізній ванні, яка одночасно є катодом. Анодом служать вугільні стержні. Температуру плавлення кріоліту в електролізері підтримують завдяки дуже великій силі струму, яка досягає 250 кА при напрузі біля 4В. Очевидно, що отримання алюмінію - дуже енергоємний процес. У кріоліті оксид Аl поводиться як алюмінієва сіль, ортоалюмінієвої кислоти розпадаючись на іони

. Кріоліт в розплаві складається з іонів

.

При протіканні електроструму іони придбавають спрямований рух. На катоді відновлюються іони

, будучи сильнішим окисником в порівнянні з іонами

. На аноді окислюються ортоалюмінат іони, оскільки мають сильніші відновні властивості в порівнянні

Сумарне рівняння електролізу оксиду алюмінію має вигляд:

Кисень, що виділяється на аноді, реагує з вуглецем, перетворюючись на вуглекислий газ, який відновлюється на розжареному електроді до чадного газу

. При цьому вугільний анод поступово "згорає".

Додаток 9

Рафінування (відчистка) Сu.

Широке застосування в металургії знайшло електрохімічне очищення Me від домішок.

Анодне розчинення металів застосовують і для їх очищення - електрохімічного рафінування. Якщо як анод використовувати мідь, що містить домішки інших металів і неметалів, то менш активні не окислюватимуться на аноді і не переходитимуть в електроліт при розчиненні міді вони утворюють осад анодного шламу. Активніші Me, перейшовши в розчин у вигляді іонів, не зможуть відновитися на катоді, поки в електроліті висока концентрація іонів міді.

Таким чином, при проведенні електролізу розчину соли мідь з мідним анодом, що містить домішки, на катоді виділятиметься чиста мідь. При електролітичному рафінуванні міді електрострум видаляє мідь з анода і у прямому розумінні переносить її на катод. Окрім міді, методом електрохімічного рафінування очищають Zn, Ni і деякі інші матеріали.

Електровідновлення олова і свинцю.

Електрорафінування олова. Отримання чистого олова дуже важливе для виробництва. Найбільше застосування олово знаходить для покриття жерсті, яка у великих кількостях вимагається в консервній промисловості, для виготовлення фольги, припою, сплавів.

Лудіння. Більшість виробів з жерсті, такі як: консервні банки, котли, бідони, самовари, м'ясорубки, кінці мідних дротів, піддають лудінню, тобто покриттю оловом. Найбільш простий і продуктивний гарячий спосіб лудіння. Так само існує електролітичне лудіння. Воно економічніше по витраті олова. Якість покриттів однакова. Зазвичай електролітичні олов'яні покриття мають деяку пористість. Усунути цей недолік можна оплавленням покриття. Стійкість олов'яних покриттів можна підвищити за допомогою пасивування. З цією метою луджені вироби витримують в розчині, що містить біхромат калію, їдкий натр в течії 5 секунд при температурі

85-95°С. Також існує спеціальне лудіння, за допомогою якого обробляють різні предмети побуту, зване кристаліт.

1 2 3 4

Схожі:

Уроку в темі Тема: Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів Виховна – виховати прагнення до самостійного вирішення поставлених завдань; реалізовувати комплексний підхід до виховання; підвищувати...	УРОК ФІЗИКИ У 9 КЛАСІ ЕЛЕКТРОЛІЗ. ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРОЛІЗУ МЕТА. Навчання: систематизувати й узагальнити знання учнів з теми «Електричний струм у розчинах і розплавах електролітів», закріпити...
План-конспект бінарного уроку Тема: Електричний струм в газах. Самостійні... Тема: Електричний струм в газах. Самостійні та несамостійні розряди. Газові розряди в літературних творах	Урок-гра Тема: Електричний струм. Сила струму. Напруга. Опір провідників Мета: узагальнити та систематизувати знання з теми «Електричний струм. Сила струму. Напруга. Опір провідників»,розвивати вміння працювати...
Лекція №13: “Елементарний електричний вібратор” Елементарний електричний вібратор (диполь Герца) — це короткий порівняно з довжиною хвилі відрізок провідника довжиною, по якому...	Тема: Змінний електричний струм Мета уроку Мета уроку : довести учням, що вільні електромагнітні коливання в контурі не мають практичного застосування; використовуються незатухаючі...
Тема : ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ ...	Урок узагальнення і систематизації знань і вмінь учнів. ХІД УРОКУ:... Форми організації навчальної діяльності: фронтальна, індивідуальна, робота в парах, робота в групах
Тема. Безпека вдома. Електрика в побуті. Правила безпечного користування електроприладами Мета: продовжувати формувати в учнів уявлення про електричні прилади, електричний струм, уміння безпечно поводитися з електроприладами,...	Лекція №11: “Основні характеристики та параметри антен” Під впливом паралельної провіднику складової електричного поля у провіднику збуджується електричний струм густиною , а під впливом...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання