3.2 Хімічні аспекти протікання досліду

Електроліз - це окисно-відновні реакції, які відбуваються на електродах під час проходження постійного струму через розчин, або розплав електроліту.

Під час електролізу водного розчину ZnCl₂відбуватимуться процеси:

К(-): Zn²⁺ + 2e→Zn⁰

2H₂O + 2e→ H₂ + 2OH^-

А(+): 2Cl^- -2e→ Cl₂

Процеси що відбуваються на катоді підчас електролізу водних розчинів електроліту будуть залежати від природи катіона, тому замість катіона натрію відновлюватиметься молекула води за рівнянням:

2H₂O + 2e→ H₂ + 2OH^-

При великій концентраціїNaClв при анодному просторі відбувається часткове розчинення катода.

ОскількиZnамфотерний метал, то в розчині переважатимуть катіони складуZnOH⁺

Zn²⁺ +2NaOH→ Na₂ZnO₂ + H₂O

Zn²⁺ +2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

який утворюється при розчиненнів Zn²⁺ в розчині NaOH. Електродний потенціал пари ε(Zn²⁺| Zn⁰)= -0,763В є меншим порівняно з потенціалом окиснення води ε(H₂O)=+1,22В. При малій концентрації іонів гідрогену потенціал його розрядження може стати настільки негативним, що почнуть розряджатися іони Zn²⁺тобто розчинятиметься анод: Zn⁰- 2е→Zn²⁺

Підчас електролізу розчинів лугів окислюються гідроксид-іони:

4ОН^- -4е→ O₂ + 2H₂O

У водному розчині будуть міститися катіони:ZnOH⁺, Zn²⁺, , які при тривалому стоянні, або нагріванні виділяють ZnO.

Завдяки тому, що дослід проходить при температурі 98⁰С тривалий час під час електролізу утворюється цинкоксид. Супутніми продуктами при електролізі є водень, кисень і хлор. Провівши нескладні розрахунки виявилось, що через 2,5-2,7 год в електроліті не залишиться іонів Сl^-Він перетворюється у Сl₂ і виділяється в повітря у незначних кількостях. Іони натрію Na⁺залишаються в розчині і розчиняючись у воді, утворюють з молекули NaOH, про що свідчить незначне підвищення рН розчину.

Висновок

1. Було розроблено і вдосконалено електролітичний метод добування нанорозмірного цинк оксиду з реверсуванням напряму струму. Виконувалися серії дослідів з різноманітними умовами їх проведення.

2. Розглянувши отримані результати виявилось, що час реверсування напрямку струму не впливає на розміри нанокристалів ZnO.

3. Було з’ясовано, що при проходженні електролізу також виділяються і побічні продукти реакцій. У результаті утворення натрійгідроксиду незначно зростає також і рН розчину.

4. В процесі проходження досліду в розчин електроліту виділявся вільний металічний цинк. Для запобігання цього було використано мембрани і додаткове прокачування повітря, що дали хороші результати. Вільного металічного цинку в розчині майже не спостерігалось.

5. Проведені вдосконалення методу синетезу не тільки дозволили отримати більш чистий порошок цинкуоксиду, але і отримати нанокристали менших розмірів, порядку 24 нм (порівнюючи з 28 нм при стандартних умовах).

Список викоистаних джерел

1.M. Shulenburg, Nanoparticles - small things big effects // Bonn, Berlin, pp. 3-10 (2009).

2. S. Baruah, J. Dutta. Hydrothermal growth of ZnO nanostructures // Science and Technology of Advanced Materials 10, 013001, pp. 1-18 (2009).

3. B. Mari, M. Molar, A. Mechkour et al.Optical properties of nanocolumnar ZnO crystals // Microelectronical Journal 35, pp. 79-82 (2004).

4. H. Pan, Y. Zhu, Z. Ni et al. Optical and Field Emission Properties of Zinc Oxide Nanostructures // Journal of Nanoscience and Nanotechnlogy 5, pp. 1683-1687 (2005).

5. Д.М. Фреїк, Б.П. Яцишин. Технологічні аспекти нанокластерних і нанокристалічних структур // Фізика і хімія твердого тіла, 8(1), сс. 7-24 (2007).

6. G. Wilde, Forschungzen Karlsruhe // Institute of Nanotechnology, Germany, 383 p., (2009).

7. Д.В. Коновалов, В.В. Коробочкин, Е.А. Ханова, В.В. Шмакова. Разрушение цинка под действием тока в электролитах различного состава. Материалы научно-практической конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячилетия» Т.1. – Томск: Изд-во ТПУ, сс. 72-73, (2000).

8. А.И. Беляев, Е.А. Жемчужина, Л.А. Фирсанова. Металлургия чистых металлов и элементарных полупроводников – М.: Металургия, 504 с, (1969).

9. В.В. Філоненко, Б.П. Рудик, Б.Д. Нечипорук, М.Ю. Новоселецький, Ю.П. Лаворик. Отримання порошків та колоїдних розчинів оксиду цинку електрохімічним методом.- Теорія і практика сучасного природознавства. Т.33. Збірник наукових праць. – Херсон: ПП Вишемирський В.С., сс. 85-87 (2007).

10. Ю.П.Лаворик, Б.Д.Нечипорук, М.Ю.Новоселецьки, О.В.Параюк, Б.П.Рудик, В.В.Філоненко. Спосіб електролітичного одержання дрібнодисперсного оксиду цинку // Патент на винахід №92078, (2010).

11. Г.Б. Бокий, М.А. Порай-Кошиц. Рентгеноструктурный анализ // Издательство Московского Университета Т1. 491 с., (1964).

12. А.В. Кнотько, О.А. Ляпина. Рнтгенодифракционные методы исследования материалов на приборе RigakuD/MAX - 2500 // Москва, 38 с., (2011).

13. S. Mitchell, J. Perez-Ramirez. X-ray diffraction // Advanced Catalysis Engeneering, Institute for Chemical and Bioegeneering ETH Zurich, Switzerland, 85 p., (2008).

14. И.В.Новаченко, В.М.Петухов, И.П.Блудов, А.В.Юровский. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник. // М.: Радио и связь, 384 с., (1989).

15. Зельдин Е. А. Импульсные устройства на микросхемах. // М.: Радио и связь, 160 с., (1991).

16. Інструкція з експлуатації ДРОН - 3.

17. Л.И. Антропов. Теоретическая электрохимия // М.: Высшая школа, 522 с., (1984).