Влияние концентрации тетрагидрофурана на кинетику электроосаждения кадмия

Главная » Литература » Тезисы » Влияние концентрации тетрагидрофурана на кинетику электроосаждения кадмия
Автор: Дуран Дельгадо О. А., Скибина Л.М.
Год издания: 2016

Южный федеральный университет, химический факултет 344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 7

При изучении процессов электрохимического осаждения металлов особое значение приобретают вопросы, связанные с природой адсорбированных на электроде частиц (свободные лиганды или комплексные соединения ионов металлов с молекулами растворителя или анионами) и восстанавливающихся ионов (простые ионы или адсорбированные комплексы). Aктуальность этой проблеме придают попытки использовать поверхностно-активные и комплексообразующие добавки для эффективного регулирования скорости процесса и качества металлических покрытий. Эффекты образования и разрушения структуры водно-органических смесей, меняя условия сольватации ионов, заметно сказываются на характере процессов, протекающих на границе раздела кадмий – смешанный растворитель [1]. Анализ влияния состава жидкой фазы (на примере смесей воды с тетрагидрофураном) на параметры процесса электровосстановления ионов кадмия позволяет получить новую информацию о кинетике и механизме электродных реакций в растворителях переменного состава.

Известно [2], что при малых концентрациях органического компонента смешанного растворителя, благодаря способности его молекул встраиваться в водный каркас, структура воды упрочняется (т.н. область стабилизации структуры воды), что может быть причиной существенного изменения кинетики катодного процесса и, как следствие, микроструктуры и свойств формирующихся покрытий.

В данной работе проводилось исследование влияния концентрации тетрагидрофурана (ТГФ) на кинетические закономерности электроосаждения кадмия. В качестве объекта исследования при хронопотенциометрических измерениях использовали сульфатный электролит, содержащий 0,01 моль/л СdSО4 + 0,1 моль/л Li24. В качестве органического компонента использовали ТГФ в широком диапазоне концентраций: от 10-2 до 1 моль/л. Хронопотенциограммы (ХПГ) снимали на платиновом электроде площадью 1 см2 который в течение десяти минут покрывали кадмием из стандартного электролита при плотности тока 12 мА/см2. В качестве регистрирующего прибора использовали потенциостат-гальваностат «P-8nano» (Elins), с помощью которого записывали Е,τ — кривые при включении импульса тока величиной от 1 до 8 мА/см2.

На рисунке 1 представлены зависимости начальной поляризации Cd-катода ΔΕн от логарифма плотности поляризующего тока lg i для фонового сульфатного электролита (кривая 1) и содержащего различные концентрации ТГФ (кривые 2-6). Наличие линейных (тафелевых) участков на зависимости ΔЕн – lg i свидетельствует о том, что в начальные моменты времени скоростьопределяющей стадией электродного процесса является электрохимическая реакция разряда – десольватации. Введение ТГФ приводит к существенному увеличению поляризации катодного процесса, однако, согласно приведенным данным (рис. 1, кривые 2-6), зависимость поляризации от концентрации ТГФ носит немонотонный характер.

Зависимость катодной поляризации

Рис. 1 Зависимость катодной поляризации ΔЕ электровосстановления ионов Cd2+ от логарифма плотности поляризуемого тока lg i в электролите без добавки (1) и с добавками ТГФ СLо (моль/л): 10-2 (2) ; 5·10-2 (3); 10-1 (4); 0.5 (5); 1 (6)

Анализ данных хронопотенциометрии подтверждает изменение кинетики электродного процесса при введении в электролит ТГФ. Зависимость переходного времени τ от плотности тока i в фоновом сульфатном электролите показывает, что реакция протекает в условиях полубесконечной линейной диффузии – произведение iτ1/2 практически не зависит от i (рис. 2, кривая 1). В разряде участвуют ионы Сd2+, диффундирующие к катоду из объема раствора.

Зависимость произведения

Рис. 2 Зависимость произведения iτ1/2 от плотности тока i в сульфатном электролите (1) и содержащем ТГФ при сL0 (моль/л): 10-2 (2); 5·10-2 (3); 10-1 (4); 0.5 (5); 1 (6) 

Снижение произведения iτ1/2 с ростом i наблюдается при всех концентрациях добавки, что является следствием преимущественного участия в электродной реакции достаточно прочных комплексов Cd2+ c молекулами растворителя, разряду которых предшествует их диссоциация по мере проникновения через адсорбционный слой на поверхность катода.

Таким образом, выявлена отчетливая зависимость скорости и кинетики электровосстановления ионов кадмия от объемной концентрации ТГФ в сульфатном электролите: плотность тока обмена iо монотонно снижается при переходе от водного к водно-органическому электролиту, содержащему ТГФ с 1,2 до 0,63 мА/см2 при СТГФ=1 моль/л, возможно, вследствие усиления его адсорбции на кадмии, что должно способствовать формированию более плотного слоя на поверхности электрода.

Литература

1. Кузнецов В.В., Скибина Л.М., Соколенко А.И. Защита металлов. 2004. Т.40. №1. С.84-89.

2. Михайлов В.А., Пономарева Л.И. Журн. структ. химии. 1968. Т.9. №1. С.12-20.