5. Опрацювання результатів

У результаті проведеної роботи одержують новолочну смолу з фенолу і формальдегіду.

Визначають її вихід по відношенню до кількості взятих реагентів.

У ході роботи визначають:

• молярні співвідношення фенолу і формальдегіду, г;

• масу кислоти (каталізатора), яка береться в процентному відношенні від маси фенолу, г;

• масу фенолу, г;

• масу фарфорової чашки, г;

• температуру водяної бані, °С;

• час нагрівання, с;

• масу одержаної смоли, г.

Для визначення температури розм'якшення і плавлення смоли необхідні заміри:

• об'єму гліцерину, см³;

• маси порошкоподібної смоли, г;

• температури підігріву гліцерину, град/хв

6. Вимоги до звіту

1. Звіт повинен мати короткі, але вичерпні теоретичні відомості, опис лабораторної установки, хід виконання роботи.

2. Мають бути зроблені всі досліди і виміри, вказані в методичних вказівках, результати вимірів і необхідні розрахунки.

3. В кінці звіту необхідно зробити висновок про виконану роботу.

7. Техніка безпеки

1. Обережно поводитися з концентрованими кислотами, які використовуються в лабораторній роботі.

2. Дотримуватися правил безпеки при користуванні електричними приладами і водяною банею.

3. Тримати робоче місце в чистоті, не захаращуючи його сторонніми предметами.

8. Контрольні питання

1. Синтетичні смоли як високомолекулярні сполуки. Методи одержання.

2. Поліконденсаційні смоли. Процес поліконденсації.

3. Основні характеристики поліконденсаційних смол (визначення вмісту води, температури розм'якшення і плавлення, швидкості полімеризації тощо).

9. Література

1. Мухленов И.П. Практикум по общей химической технологии. - М: Вьісшая школа, 1979. - 421 с.

2. Загальна хімічна технологія: Підручник / В.Т. Яворський, Т.В. Перекупко, З.О. Знак, Л.В. Савчук. – Львів: Видавництво Національного університету „Львівська політехніка”, 2005. – 552 с.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №13

ЕЛЕКТРОЛІТИЧНЕ НІКЕЛЮВАННЯ І МІДНЕННЯ

Мета роботи: провести гальванічне покриття деталі нікелем та міддю, визначити час електролізу, вихід за струмом.

1. Теоретичні відомості

Для захисту металів від корозії використовують захисні покриття із більш стійких металів (нікель і хром). Хромові покриття дуже пористі навіть в товстому шарі, тому хромування здійснюється лише після нанесення на поверхню виробу проміжного шару інших металів, наприклад, міді чи нікелю.

При електролітичному нікелюванні шар нікелю наносять на поверхню різних залізних предметів, які використовуються як катод електролітичної ванни. Анодом служить металічний нікель, який розчиняється в процесі електролізу еквівалентно кількості струму, що проходить. При невисокій густині струму на аноді відбувається процес

, (13.1)

тобто метал аноду переходить в розчин у вигляді іонів. Але після досягнення деякої густини струму анод перестає посилати в розчин свої іони і проходження струму припиняється - анод стає пасивним. Пасивність аноду частіше зумовлюється утворенням на його поверхні плівки, яка складається із оксидів або солей металу. Густина струму, вище якої анод стає пасивним, називається струмом пасивації. її величина залежить від природи металу, складу електроліту, температури тощо. Пасивність розчинених анодів веде до зниження концентрації іонів катодно-осадженого металу та збільшує витрати електроенергії.

При електролізі сірчанокислого нікелю часто спостерігається пасивація нікелевих анодів, навіть під час низької густини струму за рахунок утворення оксидної плівки.

Коли проходить струм, анод розчиняється з утворенням двовалентних іонів нікелю

, (13.2)

які при збільшенні густини струму накопичуються в прианодному шарі, в результаті чого концентрація солі електроліту в цьому об'ємі стає насиченою і аноди починають покриватися плівкою кристалічної солі. Потенціал аноду рухається в позитивному напрямку і досягає значення, при якому стає можливим розряд іонів гідроксиду.

При цьому можуть відбуватися такі процеси:

, (13.3)

, (13.4)

а утворення тривалентних іонів нікелю приводить до реакцій:

(13.5)

(13.6)

Утворений оксид нікелю у вигляді щільної плівки покриває всю поверхню аноду, повністю ізолює метал від стикання з електролітом. Щоб уникнути пасивації, в розчин добавляють активатори. Найбільш поширений активатор - хлорид металу, який додають в електроліт у вигляді лужного металу NaCl або у вигляді хлористого нікелю NiCl₂-6 Н₂0.

Наявність хлорид-іонів у розчині сірчанокислого нікелю знижує ступінь анодної поляризації. Це відбувається за рахунок того, що іони хлору можуть реагувати з іонами Ni³⁺.

При цьому плівка, яка складається з Ni(OH)₃, розпушується, потім розчиняється, і аноди знову стають активними.

Для досягнення рівномірного покриття підтримують постійну кислотність розчину (рН = 5,2 - 5,3), для цього вводять розчин борної кислоти.

При такій кислотності розчину розсіювальна здатність процесу збільшується з підвищенням густини струму, що дозволяє тримати на катоді густину 1-2 А/дм² при температурі 20°С і повітряному перемішуванні. При підвищеній температурі і використанні концентрованого розчину для електроліту густина струму може бути збільшена до 4-5 А/дм².

При хромуванні як матеріал для аноду використовують свинцеві пластинки. Катодом є той чи інший залізний предмет, який піддають хромуванню електролізом - розчином хромової кислоти.

При електролізі розчину хромової кислоти спочатку на катоді відбувається відновлення хрому до тривалентного, а потім виділення металічного хрому і молекулярного водню.

Наявність в процесі електролізу різних продуктів відновлення хрому призводить до утворення на поверхні катоду колоїдної плівки із основних хромовокислих солей. Тому для успішного виділення металевого хрому необхідно добавити у ванну деяку кількість сірчаної кислоти, її солей або фтористих солей, які руйнують цю плівку.

Вихід за струмом невеликий і коливається в межах 10-16% (рахуючи на шестивалентний хром). Підвищення густини струму приводить до збільшення виходу металу, а підвищення температури, навпаки, знижує його.

Найбільш рівномірно нанесений блискучий осад хрому одержують у вузьких інтервалах густини струму (10-35 А/дм²) і температурі 45...55°С.

Для підтримування оптимальної густини струму використовують аноди з поверхнею в 2-3 рази більшою, ніж у катода. Велике значення має також склад електроліту. При використанні сірчаної кислоти як добавки її відношення до хромового ангідриду повинно становити від 0,0005 до 0,01:1.

Явище електролізу підпорядковується двом законам Фарадея:

1 закон: кількість речовини, яка виділяється на електродах, прямо пропорційна кількості струму, що проходить через електроліт.

2 закон: при проходженні однієї і тієї ж кількості струму через різні електроліти кількість речовини, яка виділилась на електродах, пропорційна хімічним еквівалентам цих речовин.

Встановлено, що для виділення одного грама-еквіваленту будь-якої речовини необхідно витратити одну і ту ж кількість електрики, а це 96500 Кл (число Фарадея). Кількість електрики Q, яка пройшла через електроліт, пропорційна числу грам-еквівалентів речовини, яка виділяється:

(13.8)

де F - число Фарадея (96500 Кл або 26,8 А год).

Кількість речовини, яка має виділитися на електроді за час τ , при силі струму І, г:

(13.9)

де С_e - грам-еквівалент металу.

Кількість речовини, яка виділяється при проходженні через електроліт 1 А год електрики, називається електрохімічним еквівалентом металу.

Вихід за струмом - це відношення фактичної кількості електрики речовини, яка виділилася, до тієї ж кількості, яка повинна була б виділитися згідно з законами Фарадея. Вихід за струмом виражають у відсотках

(13.10)

Визначивши поверхню катода S і густину металу р, можна за кількістю металу, що фактично виділився, визначити товщину покриття, бо

(13.11)

Підставивши значення ш₀ в рівняння (13.10), отримаємо

13.12)

Таким рівнянням можна користуватися для визначення часу електролізу

(13.13)

де δ - товщина покриття, см;

ρ - густина осаджуваного металу, г / см³;

D_k - густина струму, А / дм² , D_k = І / S:

E_M - електрохімічний еквівалент металу, г / А год.

Отже, для визначення часу електролізу необхідно визначити η - вихід за струмом, який визначається рівнянням:

(13.14)

де 31,785 - грам-еквівалент міді;

m₀ - кількість металу, що виділився при електролізі, г;

а - маса міді, яка виділилася на катоді кулонометра, г.

Визначивши вихід за струмом, знаючи поверхню виробів, які підлягають покриттю, і густину осадженого металу, можна обчислити товщину одержаного покриття за визначений час електролізу або, навпаки, час електролізу, необхідний для одержання необхідної товщини покриття.