Перенапряжение электрокристаллизации

При электрохимическом выделении металлов большое значение имеет перенапряжение электрокристаллизации. [c.19]

Для бездислокационных граней между стационарной скоростью распространения ступени роста и перенапряжением при небольших т] существует линейная зависимость [=kL , где Ь — длина растущей ступени. Для кристаллов с винтовой дислокацией была найдена линейная зависимость между током и г) , которая объясняется тем, что при спиральном росте общая длина L спирального фронта обратно пропорциональна расстоянию между последовательными витками спирали и, следовательно, пропорциональна перенапряжению. Зная эти зависимости, можно приготовить поверхности с точно известной плотностью ступеней роста. Согласно импедансным измерениям на таких поверхностях плотность тока обмена пропорциональна длине ступеней. Это означает, что осаждение адатомов на ступенях является более быстрым процессом, чем осаждение на кристаллической плоскости, а найденная плотность тока обмена, составляющая 600 А/см , характеризует обмен между адатомами в местах роста и ионами в растворе. С другой стороны, импедансные измерения на идеально гладких поверхностях позволили определить ток обмена адатомов на кристаллической плоскости с ионами раствора, который оказался равным всего 0,06 А/см . Таким образом, при электрокристаллизации серебра из концентрированных растворов осуществляется преимущественно механизм непосредственного вхождения адатомов в места роста, вклад же поверхностной диффузии даже при наивысшей плотности ступеней не превышает нескольких процентов. [c.327]

На опыте стадии образования новой фазы, поверхностной диффузии адатомов и встраивания их в кристаллическую решетку не всегда оказываются наиболее медленными в процессе электрокристаллизации. Так, часто медленной оказывается стадия разряда ионов раствора. При электрокристаллизации из комплексных электролитов медленными могут оказаться реакции диссоциации комплексных ионов X. Геришер, В. И. Кравцов и др.). Перенапряжение электрокристаллизации может быть обусловлено медленным протеканием нескольких стадий и необходимо использовать особые экспериментальные приемы для того, чтобы разделить суммарное перенапряжение на составляющие, отвечающие отдельным стадиям. [c.342]

Ад-атомы в процессе электрокристаллизации участвуют или в образовании кристаллических зародышей, или в их росте. При этом атомы должны принять ориентированное положение в кристаллической решетке. Торможение в этой стадии электродного процесса сопровождается возникновением перенапряжения. Общее перенапряжение кристаллизации складывается из величин перенапряжения, отвечающих образованию двухмерных (ti ) и трехмерных (т) ) зародышей и присоединению ад-атомов к кристаллической решетке (т]з). Преобладание той или иной составляющей определяется природой осаждае- [c.509]

Вместе с тем известны случаи — при изучении роста монокристаллов серебра [4], — когда процесс электрокристаллизации протекает без заметного перенапряжения и образования новых зародышей. Такие условия реализуются, если на поверхности растущего кристалла имеются участки (дислокации) с иным расположением структурных элементов по сравнению с идеальной решеткой данного кристалла. При этом кристаллическая решетка будет строиться за счет спирально передвигающегося роста грани кристалла, а также путем распределения адсорбированных атомов на атомарно-шероховатой поверхности. Таким образом, на активной поверхности кристалла всегда имеется значительное число участков, способных к росту, и, следовательно, для такой поверхности кристалла не всегда требуется значительное пересыщение, необходимое для образования новых зародышей. [c.337]

Специфика электролиза индивидуальной расплавленной соли при применении жидкого катода из расплавленного металла заключается в том, что концентрационная поляризация вследствие высокой подвижности ионов практически отсутствует, отсутствуют также затруднения, связанные с электрокристаллизацией. Электрохимическое перенапряжение очень мало, так как токи обмена в расплавах для всех металлов велики 0,5—3,3 А/см (в водных растворах io = 10 — 10 A/ м ). Поэтому отклонение потенциала от равновесного значения обычно мало (от 2 до 30 мВ). [c.470]

Весьма важным фактором, влияющим на ход электрокристаллизации, является концентрация ионов Н+ или величина pH раствора. Эти величины определяют, во-первых, долю участия водорода в катодном процессе, которая, конечно,, возрастает по мере уменьшения абсолютной величины pH. В зависимости от величины pH выделяющиеся атомы водорода в большей или меньшей степени включаются в кристаллиты, образуя, например, гидриды в составе растущих кристаллитов. Это обстоятельство в свою очередь сильно влияет на электрокристаллизацию и на перенапряжение в целом. Кроме того, при обычном электролизе в присутствии воздуха или в результате окисляющего действия воды получаются также гидроокиси металлов, которые при некоторых значениях pH становятся нерастворимыми и существуют либо в виде коллоидно-дисперсной фазы, либо в виде суспензии и обладают способностью адсорбироваться на кристаллитах осадка. Отдельные участки последних могут окисляться непосредственно. Так или иначе окислы, попадая на поверхность кристаллитов, сильно влияют на весь ход кристаллизации. Известно, например, что при достаточно большой активности ионов водорода и при малой вероятности возникновения кроющих пленок получаются блестящие ровные осадки. Наоборот, при понижении концентрации ионов Н+ (рост pH) образуются губкообразные осадки, плохо пристающие к катоду и иногда даже сползающие с последнего. Регулирование величины pH (буферирование) имеет поэтому первостепенное значение для управления процессом электрокристаллизации. [c.356]

По X. Тереку и М. Флейшману, образование центров кристаллизации из промежуточного соединения (не обязательно растворимого) происходит непосредственно на поверхности электрода. Эти исследователи рассматривали зависимости силы тока / от времени с момента наложения на электрод импульса перенапряжения, достаточного для образования зародышей. Ток пропорционален поверхности зародышей, на которой происходит электрокристаллизация. Величина поверхности меняется во времени, поскольку зародыши, возникшие как дискретные центры, далее разрастаются и могут взаимодействовать друг с другом. Во времени может изменяться также число зародышей по закону [c.321]

Долгое время не удавалось экспериментально подтвердить правильность соотношений (62.12) и (62.16). Это можно объяснить, во-первых, тем, что реальная структура поверхности кристалла оказывается гораздо более сложной, чем предполагалось в теории Фольмера и Эрдей-Груза. Так, на кристаллической поверхности электрода имеются ступени атомной высоты s, выступы, или кинки к, реберные вакансии I и дырки h (рис. 169). Во-вторых, поверхность электрода в ходе электроосаждения непрерывно изменяется, а потому меняется истинная плотность тока, а следовательно, и перенапряжение. В результате обычный метод снятия стационарных поляризационных кривых имеет ограниченные возможности. Наконец, на практике стадия образования зародышей не всегда оказывается наиболее медленной. В зависимости от природы металла и условий опыта процесс электрокристаллизации может лимитироваться диффузией реагирующих частиц к поверхности, химическими реакциями в объеме раствора и на поверхности электрода, стадией разряда, а также поверхностной диффузией разрядившегося иона (адатома) и встраиванием его в кристаллическую решетку. Поэтому количественная проверка изложенной теории оказалась возможной лишь после того, как в 50-х го- [c.331]

Сопоставление кинетических параметров, полученных на твердом и жидком электродах, способствует выявлению особенностей, связанных с природой фазового перенапряжения, вызванных электрокристаллизацией или образованием пленок (явление пассивности). Вместе с тем использование жидкого катода не может дать представлений о течении процессов электрокристаллизации. В тех случаях, когда устанавливается важная для технологии связь кристаллической структуры с конкретными условиями электролиза, такие электроды непригодны. Необходимо также учитывать возможность загрязнения ртути при восстановлении на ней катионов металлов, а также ионизацию ртути при использовании ее в качестве анода. [c.82]

Исходя из предпосылки, что процесс электрокристаллизации является частным случаем фазовых превращений при образовании кристаллического зародыша внутри газообразной фазы или расплава, Фольмер делает вывод, что перенапряжение здесь играет такую же роль, как пересыщение при кристаллизации из раствора или температурный градиент при кристаллизации из расплава. При фазовых превращениях одна фаза может перейти в другую или вследствие возникновения зародышей новой фазы или, если процессы связаны с растворением металла, — путем образования пустотных зародышей. Пустотные зародыши образуются в центрах активного растворения металлов, в местах нарушения кристаллической решетки. [c.357]

Процесс электрокристаллизации отличается от обычной кристаллизации в растворах тем, что пересыщение, необходимое для возникновения зародыша, здесь создается нарушением равновесия, вызванным прохождением электрического тока (т.е. перенапряжением). В процессе электролиза каждый ион должен быть доставлен к поверхности электрода, адсорбироваться на этой поверхности, вступить в реакцию взаимодействия с электронами и в конце концов занять соответствующее место в кристаллической решетке. Из всех возможных стадий только процесс адсорбции протекает быстро, тогда как транспорт ионов и собственно электродный акт тормозятся и нуждаются в дополнительной энергии активации для преодоления затруднений. С ростом плотности тока все большее количество зарядов не успевает пересечь межфазную границу металл — полярная жидкость, вследствие чего потенциал электрода смещается от его равновесного значения. Фазовый переход является, следовательно, вынужденным, навязанным извне, поэтому элементарный акт разряда металлических ионов и дальнейшее образование и разрастание зародышей кристаллов требуют дополнительной энергии, [c.394]

Развитие теории ориентированной электрокристаллизации Показана возможность изучения кинетики процесса электрохимической нуклеации с помощью термодинамического метода. Уравнение Фольмера (флюктуационная теория) для скорости стационарной нуклеации решено с учетом изменения формы зародыша с ростом перенапряжения (т1). Получена линейная зависимость К2 = f (т)) в определенных границах, индивидуальных для каждого кристаллографического направления грани осаждаемого металла. Для металлов с малыми токами обмена в уравнение введен кинетический фактор - коэффициент адсорбции (К ). Ка [c.24]

Пассивационные явления повышают металлическое перенапряжение по сравнению с теми его величинами, которые следует ожидать из вероятных значений работ образования и роста двухмерных зародышей. Однако известны случаи, когда перенапряжение при электролитическом выделении металлов меньше того, которое должно наблюдаться в случае нормального образования и роста их двухмерных зародышей. Снижение металлического перенапряжения объясняют тем, что на исходной поверхности уже имеются условия, облегчающие процесс электрокристаллизации, и что эти условия воспроизводятся также во время роста осадка. Наибольший расход энергии связан с началом создания двухмерных зародышей, и он значительно уменьшается, когда достигается состояние, обеспечивающее повторяющийся шаг. Поэтому любые нарушения на поверхности кристаллической решетки, при которых эта начальная стадия становится необязательной, должны уменьшать металлическое перенапряжение. Чаще всего это условие реализуется, если на поверхности растущего кристалла имеются участки с иным расположением структурных элементов по сравнению с идеальной решеткой данного кристаллического тела. Эти участки называются дислокациями. [c.433]

Стадии образования и развития кристаллов не исчерпывают всего процесса электроосаждения металла (см. рис. 84). Металлическое перенапряжение не обязательно должно быть лишь отражением кристаллизационного пересыщения. Кроме того, в отличие от кристаллизации из расплава или из раствора электрокристаллизация представляет собой вынужденный процесс, навязанный системе при смещении потенциала электрода в отрицательную сторону от его равновесного значения. Поэтому уровень свободной энергии конечного состояния (ионы металла в его решетке) не всегда ниже исходного (ионы металла в растворе), как это наблюдается при обычной кристаллизации (см. рис. 85). Существенную роль в процессе электрокристаллизации должны играть и другие стадии, в первую очередь стадия разряда. [c.434]

Из данных таблицы 33 явствует, что Я, У и У—Н почти одинаковы для Ре и Сс1, т. е. для металлов, весьма различных по структуре катодных осадков и по величине перенапряжения. Поэтому надо искать причины различного поведения металлов при электрокристаллизации в условиях самого процесса. [c.147]

Распределение металлов по указанным двум группам совпадает с их распределением на две группы по величине и природе перенапряжения водорода (см. гл. I, 5). Очевидно, между электрокристаллизацией и перенапряжением водорода существует связь. Антропов высказывает по этому поводу такие соображения [c.147]

При свободной электрокристаллиза-ции новые адсорбирующиеся атомы а электроосаждаемого металла могут с одинаковой степенью вероятности диффундировать в двухмерном пространстве как к зародышу К,, так и к зародышу К2, вступая в кристаллические решетки. Однако кристаллические зародыши легче всего образуются на углах и ребрах растущих кристаллов, так как на этих местах отмечается наибольшее сгущение линий электрического поля. Поэтому степень заполнения разных граней кристаллов атомами или ионами металла неодинакова, и энергия образования кристаллических зародышей, или перенапряжение электрокристаллизации является функцией индексов граней. [c.35]

Когда на катоде уже имеются кристаллы металла, дальейший их рост, как упомянуто выше, может происходить при перенапряжениях меньших, чем при образовании зародышей новой фазы. Природа перенапряжения т]к в этом случае заключается в энергетическом затруднении акта включения атома металла в кристаллическую решетку или выхода атома из нее, т. е. связана с энергией активации красталлизации или декристаллизации металла. В чистом виде перенапряжение электрокристаллизации проявляется в том случае, когда все остальные стадии электрохимического процесса выделения — растворения металла идут много быстрее, чем электрокристаллизация, например при выделении — растворении одновалентных металлов (Ag+, Т1+, Си+ и др.). Если есть другие виды поляризации, например концентрационная, то суммарная поляризация при выделении металла будет соответственно больше, чем вычисляемое по уравнениям (34) или (33) перенапряжение электрохимической кристаллизации т) -В вопросе о детальной природе этой последней еще нет полной ясности. [c.78]

Часто оба эти процесса (процесс электрокристаллизации и процесс анодного растворения металла) протекают достаточно быстро и не сопровождаются заметными перенапряжениями. Например, если опустить две медные пластинки в раствор медного купороса и включить электрический ток, то уже при малом напряжении происходит элeктp0литичe к0li растворение анода и осаждение меди на катоде. Как известно, на этом основано электрорафинирование (очистка меди электро-лизом). [c.635]

Частный случай фазового перенапряжения — перенапряжение кристаллизации — отвечает процессу электрокристаллизацйи при катодном осаждении металлов. Образовавшиеся при разряде катионов атомы металла первоначально находятся в адсорбированном состоянии на поверхности катода (они называются ад-атомами). Перенапряжение кристаллизации вызывается торможением в стадии вхождения ад-атома в кристаллическую решетку. Согласно Фольмеру, процесс электрокристаллизации идёт в две стадии возникновение центров кристаллизации (кристаллических зародышей) и их рост. Центр кристаллизации — уплотнение атомов, вокруг которого начинается рост кристалла. Различают двухмерные (толщиной в один атом) и трехмерные (толщиной более одного атома) зародыши. [c.509]

Особенность электролиза индивидуальной расплавленной соли при применении жидкого катода из расплавленного металла заключается в том, что концентрационная поляризация вследствие высокой подвилкности ионов практически отсутствует, отсутствуют и затруднения, связанные с электрокристаллизацией. Электрохимическое перенапряжение [c.445]

В то время как о протекании окислительно-восстановительных реакций на электродах уже существуют достаточно достоверные и точно подтвержденные экспериментальные представления, наши современные познания о процессах на электродах металл/ионы металла (Ме/Ме ) все еще весьма недостаточны. Здесь в качестве особого осложнения при толковании процессов выступают явления образования и распада кристаллической решетки атомов металла. Несмотря на чрезвычайно многочисленные, часто практически интересные работы по анодному растворению и катодному выделению металлов, в этой области до сих пор не удалось достичь новых существенных успехов по сравнению с результатами, полученными в работах Эрдея-Груза и Фольмера и Брандеса Эрдей-Груз и Фольмер объясняют значительно более сложное поведение перенапряжения на электродах Ме/Ме " тем, что, по теории Косселя — Странского кристалл может расти или растворяться только на определенных местах роста. Здесь, по Франку мог бы происходить преимущественный винтообразный рост кристаллов, при котором не должно затрачиваться никакой работы образования зародышей. Только в последние годы благодаря работам, в первую очередь Геришера, а также Лоренца, были достигнуты существенные успехи в вопросе экспериментального подтверждения теоретических представлений об электрокристаллизации. [c.675]

ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, переход в-ва из ионизиров. состояния в р-ре или расплаве в кристаллическое в результате электрохим. р-ции. Лежит в основе всех процессов электроосаждения металлов, а также формирования слоев оксидов и труднорастворимых соед. на аиоде (напр., при образовании электролитич. защитно-декоративных покрытий, в произ-ве хпм. источников тока). Отличается от обычной кристаллизации из пара или р-ра тем, что построе-ншо кристаллич. структуры предшествует перенос заряда с электрода на ион или оба этн акта протекают одновременно. Возникновение зародышей новой фазы при Э. требует определ. пересыщения, к-рое определяется перенапряжением на электроде. Чем выше перенапряжение, тем большее число зародышей возникает в единицу времени на данной площади. Зародыши разрастаются в результате послойного роста граней. Процесс может идти с образованием двумерных зародышей илн по закону слоисто-спирального роста на винтовых дислокациях (см. Рост кристаллов). В результате линейного роста кристаллов происходит их слияние с образованием сплошного слоя электролитич. покрытия. [c.698]

В общем, процессы электроосаждения не отличаются от процессов кристаллизации вещества из объема раствора. Различие состоит в том, что при химическом осаждении движущей силой процесса является пересыщение раствора, а при электрокристаллизации - перенапряжение. Для того, чтобы началось образование осадка на электроде, прежде всего необходимо образрвание зародышей, т.е. некоторого скопления атомов осаждаемого элемента, имеющего определенный критический размер. После образования слоя осадка зародыши исчезают, и для роста другого слоя должны появиться новые зародыши. Образование осадка по механизму поверхностного образования зародышей происходит при относительно больших величинах перенапряжения. Однако рост пленки осадка может происходить и при небольшом перенапряжении. В этом случае для объяснения ее образования было высказано предположение о спиральном росте кристаллов осадка на поверхности элек- [c.425]

В работах С. Г. Бяллозор [166—171] изучено электро-осаждение цинка из концентрированных и разбавленных пер-хлоратных растворов в диметилформамиде и ацетонитриле. Установлено, что при медленной поляризации разбавленных растворов (0,01 М) в ацетонитриле не наблюдается выделения металла. При высоких концентрациях соли (>0,01 М) осаждение цинка происходит в виде мелкодисперсных по-ре шков темного цвета. Для поляризационных кривых выделения цинка из диметилформамида и ацетонитрила соблюдается уравнение Тафеля. Полученные низкие значения коэффициента переноса (ак=0,06) и большое перенапряжение ср.тлетельствуют о затруднениях в электрокристаллизации и необратимости процесса. Затруднения в кристаллизации автор связывает с различием кристаллических решеток цинка я подложки (Р1). Процесс электроосаждеиия ускоряется после образования на поверхности катода значительного количества плотного цинкового слоя. Предполагается, что од- [c.50]

Электронентралнзация ионов и освобождение нх от гидратированной воды и адсорбция на катоде с последующим вступлением в кристаллическую решетку составляет только часть процесса электрокристаллизации. Другую часть составляет образование двух- или трехмерных зародышей кристаллизации, вокруг которых происходит рост кристаллов металла. Поэтому процесс электрокристаллизации также оказывает влияние на потенциал электрода и на скорость катодной реакции и характеризуется величиной, называемой перенапряжением кристаллизации ti . [c.33]

Работа 10. Перенапряжение выделения водорода Работа 11. Электрокристаллизация металлов Работа 12. Полярографическое определение растворимоси [c.236]

Скорость процесса электрокристаллизации определяется наиболее медленной стадией, ею может быть в зависимости от природы металла и условий электрокристаллизации любая из указанных стадий. На первой стадии может возникать концентрационное перенапряжение (торможение) вследствие замедленной доставки разряжающихся ионов к катоду. На второй стадии в связи с затруднением переноса заряда возникает электрохимическое перенапряже- [c.114]

При электрокристаллизации перенапряжение играет такую же роль, как пересыщение при химической кристаллизации из раствора. На чужеродной поверхности металла или на том же металле, но имеющем пассивные или оксидные пленки, возникают микрообразования — трехмерные зародыши новой фазы — кристаллики, способные находиться в равновесии с окружающей средой при существующих параметрах системы р, t, с и др.). [c.115]

Подобный случай кристаллизации в литературе не рассматривался, хотя была попытка провести аналогию между процессом кристаллизации при восстановлении серебра сахаром из раствора AgNOg и электрокристаллизацией При этом авторы сравнивают картину изменения потенциала платинового електрода без тока во времени с изменением потенциала при катодной поляризации и приходят к выюду, что появление первых зародышей металла на индифферентном электроде и электроде из выделяемого металла происходит с некоторым перенапряжением по сравнению с потенциалом устойчивого выделения металла. [c.59]