Явление нестандартного способа цинкования. Презентация

Слайд 1

Слайд 2

Если поместить медную монету в раствор сульфата цинка, добавить туда цинковых гранул и полученную смесь нагреть, то через какое-то время монета покроется слоем цинка. 2 Описываемое явление:

Слайд 3

Цель : Объяснить наблюдаемое явление оцинкования и выявить факторы от которых оно зависит, а также найти применение данному явлению. Задачи: Выявить факторы, влияющие на толщину цинкового покрытия, получаемого таким образом и объяснить, почему они влияют. Определить максимальную толщину цинкового покрытия, получаемого таким методом. Определить, можно ли покрыть аналогичным методом стальной гвоздь для защиты его от коррозии. 3

Слайд 4

Ограничения Покрытие цинком в объяснении процесса будем считать сплошным [1] Мы покрываем цинком монокристалл меди. Медная монета = чистая медь Сталь = чистое железо. 4 [1] Покрытие - относительно тонкий сплошной слой материала, наносимого с целью предотвращения коррозии, противодействия высокотемпературному воздействию, сопротивления износу для смазки или других целей. «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.

Слайд 5

ZnOH + или [Zn(OH) 2 ] Анион n- , ( ZnOH ) + , H 3 O + , H 2 O Zn 2+ Zn ē ē Cu ē H 2 5 Причина выделения цинка на меди в р-ре ZnSO 4 Zn 0 - 2ē → Zn 2+ 2 H 3 O + + 2ē → H 2 ↑ +2 H 2 O ZnOH + + ē → [ZnOH] [ZnOH] + ē → Zn 0 + O H – [Zn(OH) 2 ] + ē → [ZnOH] + O H – [ZnOH] + ē → Zn 0 + O H – Zn 2+ + 2HOH → ZnOH + + H 3 O + ZnOH + +2HOH → [Zn(OH) 2 ] + H 3 O +

Слайд 6

6 Cu Zn (аморфный) ϕ ( Zn аморфный) < ϕ ( Zn кристаллический ) Вывод: процесс не идет Zn

Слайд 7

Противоречие: 7 Кажется Реально наблюдаем Доказываем Вывод Цинк на меди Серебристый цвет электрода Цинк фаза ЭТО НЕ ЦИНК

Слайд 8

8 Максимальная толщина ЦИНКОВОГО покрытия равна 0!

Слайд 9

Диффузионная модель 9 Cu Zn ⇒ [3]

Слайд 10

Экспериментальное обоснование 10 В растворе (7 дней) : В вакууме (6 месяцев):

Слайд 11

Экспериментальное обоснование 11 Схема установки: Бюретка Прибор для измерения pH PASCO Sensor PS - 2102

Слайд 12

Факторы, влияющие на выделение цинка 12 ϑ процесса = f ( C Zn( компл .) в р-ре ) ϑ процесса = f (Т), где Т ϵ [ Т кристаллизации ; Т кипения р- ра ] Возможность процесса = f(pH) Возможность процесса = f (∆ 𐐐 Zn / Cu )

Слайд 13

13

Слайд 14

14 Возможность процесса = f(pH) Методика опыта

Слайд 15

15 Возможность процесса = f(pH) Первый эксперимент Результат: Процесс идет.

Слайд 16

16 Возможность процесса = f(pH) Второй эксперимент Результат: Процесс идет.

Слайд 17

17 Возможность процесса = f(pH) Третий эксперимент Результат: Процесс идет.

Слайд 18

18 Возможность процесса = f(pH) Эксперимент в щелочи Условия эксперимента:

Слайд 19

19 Возможность процесса = f(pH) Эксперимент в щелочи Результат: Процесс идет.

Слайд 20

[ Zn (OH) 3 ] – или [Zn(OH) 2 ] [ Zn (OH) 4 ] 2– Zn ē ē Cu ē H 2 20 Причина выделения цинка на меди в конц. р-ре NaOH Zn 0 - 2ē → Zn 2+ 2 H 2 O + 2ē → H 2 ↑ +2OH – Zn 2+ + 4 OH – → [ Zn ( OH ) 4 ] 2– [Zn(OH) 4 ] 2– ⇆ [Zn(OH) 3 ] – + OH – [Zn(OH) 3 ] – ⇆ [ Zn ( OH ) 2 ] + OH – [Zn(OH) 2 ] + ē → [ZnOH] + O H – [ZnOH] + ē → Zn 0 + O H –

Слайд 21

21 Вывод : pH ∈[0;7)⋃(11;14]

Слайд 22

22 Покрытие меди кадмием методом, предложенным в задаче Cd/Cu

Слайд 23

23 Покрытие меди кадмием методом, предложенным в задаче Cd/Cu Результат:

Слайд 24

24 Покрытие меди свинцом методом, предложенным в задаче Pb/Cu

Слайд 25

25 Покрытие меди свинцом методом, предложенным в задаче Pb/Cu Результат: Pb

Слайд 26

Цинк на железе не выделяется вообще! 26 Δ ϕ Fe/Zn < Δ ϕ Cu/Zn 2. Fe 0 + H + (в результате гидролиза соли) →Fe 2+ + H 2 ↑

Слайд 27

Максимальная толщина цинкового покрытия на меди = 0 Максимальная толщина цинкового покрытия на железном гвозде = 0 = > таким способом оцинковать невозможно 27 Выводы

Слайд 28

Литература 28 А.А. Караванова, М.М. Криштал, А.А. Еремичев, И.С. Ясников, В.В. Окулов – Механизм образования слоистой структуры цинкового покрытия при гальваническом цинковании стальных изделий в нестационарном режиме, Вектор науки ТГУ. No 3(13), 2010 – с.4 И. М. Ковенский, В. В. Поветкин Металловедение покрытий: Учебник для вузов / М54 — М.: «СП Интермет Инжиниринг», 1999. - 296 с. А.А. Попов, С.В. Гриб. Взаимная диффузия в двойных системах: учебно-методическое пособие по выполнению лабораторной работы по дисциплине «Физическое материаловедение» / Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2006. 23 с. П 58 Шрейдер Х. Осаждение окисных слоев из органических растворов. Физика тонких пленок. под ред. Г.Хасса и Р. Туна М.:Мир. 1970. Э. Ф. Штапенко, В. А. Заблудовский, В. В. Дудкина – Диффузия на границе “пленка–подложка” при электрокристаллизации цинка на медной подложке - Научный журнал: Физика металлов и металловедение, том 116, № 3, с. 1–6, 2015 «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г. [url= http://chemequ.ru/online-progs/диаграммы_распределения/комплексы_металлов/Гидроксокомплексы%20OH-/Zn%5E2%2B/] Диаграмма распределения гидроксокомплексов цинка(II) [/url]. Равина Е.М., Ротинян А.Л., Шошина И.А. Ж. прикл. химии. 1973. T.46. №12. C.2654-2659 «Исследование механизма электровосстановления комплексов Zn(II) из водных растворов щелочных электролитов.» Маслий А.Н., Шапник М.С. и Кузнецов А.М., город Казань, с. 1-6 2000 г. «Физико-химические закономерности получения осадков и пленок на основе оксида цинка с использованием слабых оснований» Новикова Ю.В., с. 36 – 39, город Екатеринбург, 2015 г.

Слайд 29

29 Покрытие серебра медью методом, предложенным в задаче Cu/Ag

Слайд 30

30 Покрытие серебра медью методом, предложенным в задаче Результат: Cu/Ag

Слайд 31

Спасибо за внимание! 31

Слайд 32

Гипотеза 32 Доля в-ва в р-ре [7]

Слайд 33

33 ZnOH + [Zn(OH) 2 ] [ Zn (OH) 3 ] – 230 77 222

Слайд 34

34

Слайд 35

2 ZnSO 4 + 2 H 2 O ↔ ( ZnOH ) 2 SO 4 + H 2 SO 4 Zn 2+ + H 2 O ↔ ZnOH + + H + 1 ступень Zn(OH ) 2 SO 4 + H 2 O ↔ Zn ( OH ) 2 ↓ + H 2 SO 4 ZnOH + + H 2 O ↔ Zn ( OH ) 2 ↓ + H + pH<7 H 2 O ↔ H + + OH − Диссоциация ZnSO 4 Происходящие в растворе процессы 35 Автопротолиз воды Гидролиз ZnSO 4 2 ступень

Слайд 36

Практическая часть 36

Слайд 37

Практическая часть 37

Слайд 38

Практическая часть 38

Слайд 39

Практическая часть 39

Слайд 40

40 Практическая часть Результаты Начальный pH=2,7 После добавления кислоты до pH= 1,4 После добавления щелочи до pH= 10,3 Цинковое покрытие исчезает при следующем pH:

Слайд 41

41

Слайд 42

42

Слайд 43

43

Слайд 44

Диффузионная модель 44 ДИФФУЗИЯ НА ГРАНИЦЕ “ПЛЕНКА–ПОДЛОЖКА” ПРИ ЭЛЕКТРОКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЦИНКА НА МЕДНОЙ ПОДЛОЖКЕ Э. Ф. Штапенко, В. А. Заблудовский, В. В. Дудкина Cu Zn Скорость диффузии: D = 1.75 × 10 -15 м 2 /с