Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

 
CATEGORII DOCUMENTE




BulgaraCeha slovacaCroataEnglezaEstonaFinlandezaFranceza
GermanaItalianaLetonaLituanianaMaghiaraOlandezaPoloneza
SarbaSlovenaSpaniolaSuedezaTurcaUcraineana

електроненизкуство култураикономикаисториякнигакомпютримедицинапсихология
различнисоциологиятехникауправлениефинансихимия

Първични химични източници на ел енергия – галванични и горивни елементи. Процеси

химия

+ Font mai mare | - Font mai mic






DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Първични химични източници на ел енергия – галванични и горивни елементи. Процеси

10.Първични химични източници на ел енергия – галванични и горивни елементи. Процеси.

Всеки 2 метални електрода потопени в един и същи електролит или в 2 различни електролита представляват хим източ на ел ток (ХИЕТ). На единият електрод се извършва редукция, а на другия окисление. В електолизната клетка на – електрод (катода) се извършва редукция, а на + (анода) се извършва окисление. В галваничния елемент е обратното: на – електрод се извършва окисл а на + редук. За да има уеднаквяване на понятията независимо от заряда се приема, че на електрода на който се извършва редукция е катод и процесите катодни, а на който се извършва окисл е анод, проц са анодни.

ХИЕТ биват : 1) Първични или галванични ел. Те се използват еднократно поради изразходване на взаимодействащите в-ва. 2) Акомулатори. При тях взаимодей в-ва се възстановяват чрез пропускане на ел ток в обратна посока. 3) Горивни елемен – тличават се с мн голям коеф на полезно дей.

Галваничен елемент на Даниел-Якоби Представлява Zn пластинка потопена в Zn сулфат и медна пластинка потопена в р-р на меден сулфат. При потапяне на Zn в р-ра започва бързо отделяне на Zn йони  от метала към р-ра. Металът се зарежда отрицателно от некомпенсираните е* а р-ра полож. При Cu протича обратния процес – Cu йони от р-ра се отлагат в/у метала, той се зарежда +, а р-ра – . Ако свържем 2-та електрода с проводник започва движ на е* oт Zn към Cu. На Cu електрод е* се приемат от Cu+ от р-ра. В резултат процеса масата на Zn електрод намалява, т.е. той уродира, докато масата на медния електрод се увел. 2-та електролита трябва да бъдат в контакт, което се осъществява с помощта на U образна тръбичка пълна с Zn това е необходимо, защото като цяло електролитите са неутрални, т.е. бр на + и – йони е =. Около Zn електрод нараства конц на Zn йони, около Cu електрод нараства на сулфатните. Изравняването на + и – йони става с помощта на U обр тръбичка. ЕДН на галв елем е = на разликата от потенциалите на двата електрода, като винаги от потенциала на по-+ електрод се изважда потенциала на по - електрод. Един галв елем се записва по следния начин: От лявата страна се записва анода разделен с 2 верт черти и после катода. Пр.- Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu. Галв елем на Якоби принадлежи към равновесните галв елем т.к. 1) Ако не се черпи ток от галв ел протича взаим м/у електродите и електролитите 2) Ако пропуснем ел ток в обратна посока ще се извършат точно обратните процеси. Случай на необратим галв елем е този на Волган, който представлява Zn и Cu пластинки, потопени в р-р на H2SO4.

Сухи галванични елементи (Батерии) Представляват Zn гилза, която изпълнява ролята на анод, като катод се използва въгленов електрод – въглерод, около който е пресован MnO2. Електролита може да бъде NH4Cl + ZnCl2 и КОН. Колкото е по-голяма разликата в потенциалите на металите от които е получен галваничния елемент, толкова по-голямо ще бъде ЕДН. Най-изгодно е да се работи с алкал и благородни метали. Могат да се използват алкални метали в неводни р-ри – литиеви батерии за сърцето.

Горивните елементи използват около 70% от хим енергия на горивото. Като гориво се използва най-често H2, но могат и др, а като окисл се използва въздух (О2). Горивните елем представляват 2  порьозни електрода, които са покрити с катализатор, най-често платина.

А 2H2 - 4e* + 4OH- = 4H2O

K O2+2H2O + 4e* = 4OH-

Характерно е,  че реагиращите в-ва се поддават непрекъснато и горивния елем може да работи неопределено дълго време.

11.Вторични източници на ел енергия – акумулатори. Видове. Процеси при зареждане и работа

В зависимост от прир на използваните електроди (метали) различаваме: Оловни, желязноникелови, сребърноцинкови и др. В зависимост от прир на използв електролит различаваме : кисели и основни.

Оловен акомулатор : Неговите основни съставни части са: 1) Плочи, които в завис от формата си биват ребрести, прозирни и плочи с отвори. Те се изработват от чисто олово или олово-антимонова сплав. В/у тях се нанася замазка съдържаща оловен оксид (PbO), Pb3O4, соли на H2SO4, сажди, силикагел (SiO2) и др. Замаската е най-важната част на акомул, защото в нея се извър хим процеси. 2) Сепаратори – предпазват електродите от късо съедин и се изработват от стъклена тъкан, микропорести полимери и др. 3) Елктролит – за тази цел се използва 27-38%-ен H2SO4, която трябва да бъде хим чиста. Тя не трябва да съдържа метални катийони, Cl и нитратни анийони и арсенови съединения. 4) Кутия в която се поставят останалите части, Изработва се от киселинно устой, здрав материал. Мн често е бонит или полипропилен.

-Първо в готовия акум се налива H2SO4 при което се извършва реакция : PbO + H2SO4PbSO4+H2O.

-Зареждане на акум: Свързва се с едноименните полюси на източника на постоянен ток. Зареждането се извършва при големина на тока посочена от производителя. Ако се използва по-силен ток процесите се извършват само по повърхността на активната маса.

-Първоначално акуму работи като електролизна клетка.

K(-) PbSO4 + 2e*=Pb + SO42- (гъбесто олово)

Pb2+ - 2e* = Pb                 

A(+) PbSO4 - 2e*+2H2O=PbO2 + 4H+ + SO42-

Pb2+-2e* = Pb4+

Края на процеса се разбира по това че концентрацията на H2SO4 престава да нараства. Наблюдава се т.н. “кипене”. Това означава че процесите на зареждане са завършили, а на електродите се отделя H2 и O2.

При експлоатация акум работи като галваничен елем

А(-) Pb-2e*+SO42+=PbSO4     Pb-2e*=Pb2+

K(+) PbO2 +2HSO4=Pb(SO4)2+2H2O

PbSO4 + 2e* + 2H+ = PbSO4+H2SO4

Pb2++2e*=Pb

Не бива да се черпи мн голям ток от акум , защото това може да доведе до изкривяване на плочите. Ако се използва дълго време без да го зареждаме отново може да настъпи необратимо сулфатизиране на активната маса.

12. Корозия  на  Металите

М-те се срещат в прир под формата на хим съед. Получаването им представлява редук процес.

Мn+ + ne- = M . М-те при своята експлоатация взаим с различни съединения от околната среда като H2O, CO2 и др. При това М-те преминават от свободно в съединено състояние.

Mne- = Mn+ .  Този процес се нарича корозия на М-те. Кор е самопроизволно протичащ елхим, хим или биохимичен процес по повърхността на М-те и сплавите в следствие на което те се разрушават. В завис от механизма на извършващия се кор процес има следните видове корозия:

1. Химична – тя е хетерогенна реакция, извършваща се на повърхността на М-те и сплавите. Тя бива газова и корозия в среда на неелектролити. Газовата корозия се извършва тогава когато t на средата ( Co ) e висока и в нея присъстват водни пари. Възможно е и газова корозия при обикновена t, но при отсъствие на водни пари.

2. Елхична – при нея се наблюдават 2 едновременно протичащи,  но независими един от друг процеси – Аноден и Катоден. Тя бива: Атмосферна – извършва се в среда на влажен газ (въздух); Кор среда на електрoлити. Тя включва и морската кор; Подземна кор – кор на М-ните съоръжения в почвата; Електрична – извършва се под дей на блуждаещи токове в почвата.

3. Биохимична – протича под дей на живите организми. Най-често в микроорганизми плесени и бактерии използващи М-те като храна или при своята жизнена дейност отделят органични киселини като млечна, оцетна, винена, които действат корозион.

В завис от повредите на М-ната повърх има обща и локална кор.

Общата корозия бива: 1. Равномерна обща корозия - в този случай се атакува с еднаква скорост цялата М-на повърх. 2. Неравномерна обща корозия – атакува се цялата повърхност,  но с различна скорост в отделните учас. 3. Селективна – наблюдава се при някой сплави, при които по елотриц елемент се отделя в кор среда, а повърхността се обогатява на по-елполож елемент.

Локалната корозия бива: 1.Язвена – атакуват се само отделни участъци на М-ната повърхност. 2.Точкова(питингова)  3.Интеркристалитна – извършва се по границата на М-ните кристалити. 4. Транскристалитна – извършва се в пукнатините на М-ните изделия.

13. Електрохимична корозия. Механизъм на електрхимичната корозия. Процеси при корозия с кислородна водородна деполяризация.

Тя се извършва винаги когато, М-т се намира в контакт с електролит. Не е от значение нито вида, нито кол на електр. Единствено и достатъчно условие е на М-ната повърхнина да има участъци с различни потенциали и  потенциала на анодн реакция да бъде по- “-“ от потенциала на К реакция.

Електролитната корозия се състой от следните основни процеси:

Аноден процес – М-ните йони от А участък под дей на диполните молек на водата преминават в р-ра под формата на хидратирани йони. В М-ите остават некомпенсираните е*и.

 ne n  Mn+ + mH2O Mn+..mH2O

        I>1 > <I1

Некомпенсираните е*и от A участък преминават в K участък. Наблюдава се и съответното движение на йоните в р-ра.

К процесe*ите на K участък се приемат от йони или молекули в р-ра, които се наричат деполяризатори.

 Депол + ne  Dne                   <I2 > I>2

При потапяне на М-а в р-р на чужди йони на граничната повърх се установява неравноевесен или короз потенциал. След известно време обаче сумата от скоростите на всички A процеси е равна на сумата от скор на вс K процеси.

I>1+I>2=<I1+<I2

На М-ната повърх се установява така наречения стационарен потенциал. Катодния процес корозията се нарича деполяризация. От разгледаната схема се вижда, че електролитната корозия се дължи на образуването и действието на многобройни микрогалванични елем на М-ната повърх. Ако те не се наблюдават с просто око тогава извършващата се корозия се нарича Микрогалв. Ако галв елементи се наблюдават визуално тогава имаме Макроголванична корозия. При обикновените гал елементи можем да получаваме ел.ток за сметка на извършващите се хим процеси. При корозионните галв елементи, които са галв елем свързани на късо, е*ите директно преминават от А към К участък и хим енергия се превръща в топлина. В случай на макроглаванична кор е тази на поцинкованата и покалаената ламарина. Ако поц ламарина има дефекти и се намира в неутрална среда започват да се извършват следните короз процеси: Ролята на анод играе цинка, защото е с по-елотриц потенциал.  A: Zn – 2e       Zn2+

Некомпенсираните е*и отиват от Zn към Fe, което играе ролята на К. Желязото отдава е*и на деполяризатора в р-ра, който в случая са кислородните молекули.

К: O2 +2H2O +4e- = 4OH-

Покрития чиито потенциал е по-отриц от този на защитавания М се наричат А покрития. Те защитават основния М по елхим начин, защото покритието се разтваря, а основния М е защитен.При покалаената ламарина Fe е анод в макрогалв елемент, защото е с по- “-“ потенциал от калая.

А: Fe – 2e-   Fe2+

K: O2 + 2H2O +4e-     4OH-

Покритие, чиито потенциал е по-+ от този на защитавания М са катодни. Те защитават основното изделие като го изолират от окол среда.

Корозия с водородна и кислородна деполяризация – елхим корозия се състои от А процес, който представлява отделянето на М-ните йони от М-а към  р-ра.

На К е*ите могат да се приемат от водородните йони и тогава се извършва корозия с водородна деполяризация.

2H+ + 2e-    H2

Когато е*ите се приемат от кислородните молекули се извършва кислородна деполяризация.

О2 + 2H2O + 4e-     4OH- 

Възможно е е*ите на К участък едновременно да се приемат от О молекули и Н йони тогава се извършва корозия със смесена деполяризация. Ако се направи изчисление за стойността на водородния и кислородния електрод в целия интервал на pH се установява, че кислородния електрод е с около 1,1V по положителен от този на водорода. Това означава че би трябвало да се извършва само корозия с кислородна деполяризация. Благодарение на различния състав се наблюдават и 2-та вида корозия. Корозия с кислородна деполяризация се извършва винаги в кисела среда. По този начин кородират М-ите чиито потенциал е по-“-“ от този на H. С повишаване на концентрацията на водородните йони скор на коро нараства. От много голямо значение е наличието на примеси с по-+ потенциал от този на основния М. В образувалите се микрогалв елементи А участък ще бъде основния М, който ще отделя йони в окол среда. Поради тази причина чистите М-и почти не кородират. Всички фактори които намаляват водородното свръх напрежение повишават скор на короз. Кор с кислородната деполяризация се извършва в неутрална среда. По този начин кородират М-и чиито потенциал е по- “-“ от този на кислородния електрод. М-ите с по-+ потенциал не кородират. Така е със златото, което се разтваря в цианиди в присъствие на O. При кор с O деполяризация от съществено значение е концентрационната К поляризация. Причина за това е, че съдържанието на О в корозионната среда е малко. Поради тази причина V на процеса се повишава с повиш на t, разбъркването и други фактори, които улесняват достъпа на кислорода до М-ната повърх. Кор на М-ите покрити с тънък слой вода или електролит е много по-голяма от М поставен в р-р.

14. Кинетика на електрохимичната корозия. Влияние на външните и вътрешните фактори в/у скоростта на елетрохимичната корозия. 

1. pH на корозионната среда – по правило повишаването на конц на Н йони повишава скор на кор поради пониж на водородното свръх напрежение. При някои конц киселини е от значение и прир на к-та.В някои случаи може да се получи пасивиране на М-ната повърх.

Например:    Fe + k.H2SO4 ;  Fe + k.HNO3

В други случаи може да се образува неразтворимо съед , което да екранира М-ната повърх. Например:    Fe + H2PO4

Прир на М-а също указва влияние върху V на кор процес. Има 5 основни групи М-и.

-Благородните – злато, платина и други , които имат малка V на корозия която не зависи от рН на средата.

-Амфотерните (алуминии, цинк, олово, калай) – те са устой само в неутрална среда и кородират в кисела и алкал среда.

Молибден, Волфрам – те имат голяма V на корозия в оснсреда и са устой в кисела среда.

-Никел, кобалт, кадмий – голяма V в кисела среда и устой в неутрална и основна среда.

-Желязо, Хром, Манган – не са устойчиви в кисела среда, а в алална среда се пасивират.

2. Вид и концентрация на неутралната сол – в този случай имаме кор с  O деполяризация. От основно значение е вида на получените кор продукти. В някои случаи те са неразтворими и екранират М-ната повърх. Например: Олово в разтвор на Динатриев Сулфат. Някои  соли КMnO4 , K2Cr2O7 действат пасивиращо и по този начин защитават М-ната повърх. Има обаче соли, които са активатори на кор процес. Това са солите на Халогенните елементи. Тези йони имат способ да изместват О от пасивиращия оксиден слой като по този начин го разрушават. При повишаването на конц на неутралната сол се повишава елпровдимостта на среадата и V на кор се повишава. При определена стой на конц обаче започва да се понижава разтворимостта на О и V на кор.

3. Наличие на кислород в кор среда – причина за наличието на O е нивото на разтваряне във въздуха. O се явява деполяризатор, поради което колкото е по-голямо кол му толкова е по-голяма V. При много високо съдържание на O настъпва пасивиране на М-ната повърх.

4. Влияние на температурата  - при кор с водородна деполяризация повишаването на t намалява водорддното свръхнапрежение и V на кор се повишава.

Затворена система – повишаването на t води до ускоряване на дифузията на кислорода и V на кор. Отворена система – повишаването на t отначало повишава V на кор поради ускорената дифузия, но при определена стой на t намалява разтворимостта на O и кор се понижава.

Движение на кор среда при кор с водородна деполяризация. Движението на кор среда не оказва влияние върху V на кор. При кор с O деполяризация движещата се среда ускорява достъпа на O до М-ната повърхност и отстранява продук от кор, които евентуално биха я защитили в контакт с други М-и.

Контакт с други М-и – при контакт с по елполож М в образувалия се макрогал елемент дадения М е анод, което силно ускорява корозията. В контакт с по елотр М в образувалия се макрагалв елемент дадения М е К и е защитен от кор.

Вътрешни фактори.

1. Мястото на М-а в реда на потенциалите – по правило колкото е по отриц потенциала на даден М толкова е по кор неустойчив. Правилото обаче има изключения (алуминии, никел и др.), които се пасивират от О на въздуха което измества потенциала им в + посока. Затова точното поведение на М-а в дад кор среда се определя чрез измерване на кор му потенциал.

2. Място на М-а в периодичната система – най-неустойчиви са М-ите от 1и2 А групи. При останалите М-и кор устой нараства с нараств на поредния номер.

3. Наличие на примеси  - в повечето случай наличието на примеси понижава кор устойчивост, поради образуването и дейс на многобройните макрогалв елементи.

4. Механичен фактор – М-ни изделия, които са подложени на постоянни или променливи външни мех натоварвания или имат вътрешни напрежения, кородират по-бързо. Причина за това е, че се получава пластична деф на М-а и се нарушава пасивиращата защитна покривка.

5.Състояние на М-ната повърх–блестяща гладка М-на повърхност кородира по друдно от грапавата необработена повърхност. Причина за това е че в грапавите се събира прах,  който е хигроскопичен електролит и започва извърш на кор процес.

15.Методи за защита на Металите от корозия.

Метoди за защита се разделят на 5 основни групи:Легиране, Обработка на корсреда; Елехим защита; Рационално(правилно) конструиране; Защитни покртия.

Легиране: Състой се в добавянето на неМ-и или М-и към основния М с цел повишаване на кор устой. Тези добавени елементи могат да дадат продукти от корозия които повишават кор устой или да понижат К или А устойчивост на М-а.

Обработка на корозионната среда: Извършва се когато кор среда има определен обем. Ако обемът е по-голям се отстранява деполяризатора. Когато кор е с O деполяризация отстраняването на O се нарича деаерация. То може да се извърши чрез продухване на кор среда с инертен газ или нагряване до висока температура. за отстраняване на кислорода. Възможно е пропускане на кор среда през нагорещени железни стружки при което кислорода реагира с желязото. Когато кор среда има по-малък обем към нея се добавят вещества намаляващи V на кор наричащи се инхибитори. Те са анодни и катодни,неорганични и органични. А изместват потенциала на анодните участъци в + посока чрез пасивирането им. Катодните инхибитори при кор с O деполяризация имат способността да свързват O и по този начин да понижат кол на деполяризатора. При кор с H деполяризация катодните инх повишават в Н свръхнапрежение. Неорганичните инх са по-малко ефективни. По-добре действат орг които се абсорбират в активните М-ни центрове и повишават Н свръхнапрежение. В практиката се използват и летливи инх, които могат да се изпаряват и да образуват защитен слой в/у М-ното изделие.

Ехимична защита-Бива протектрорна и катодна. При протекторна защита защитаваното изделие се свързва с М по “-“ потенциал. В получ микрогалв ел защитаваното изделие е К, а А се разтваря. За защита на FCl се използва Zn.

При К защита, защитаваното изделие се свързва с източник на ел.ток, той е катод, като А се използва М-ни отпадъци. Потенц на защитаваното изделие се измества в посока “-“ и защитав изделие става по-короз устой

Правилно конструиране При конструирането на М-ни изделия трябва да се избягват неблагоприятните М-ни контакти, за да не се образуват микрогалв елем. Ако е възможно да се избягват мех натоварвания, да се отстранят външните V, да се конструира изделието без отвори и недостъпни зони, в които се събира електролит, да се избягва неравномер постъпване на кор среда.

Защитни покрития Често те са и декоративни покрития, т.е. придават красив външ вид. Защитните декор покрития биват : 1) М-ни (катодни и А) 2) Хим съед на М-ите (оксидни, проматни, фосфатни) получават се чрез термична, хим, елхим обработка. Не са много кор устой и се налага допълнително лакиране, смазване и др. 3) НеМ-ни (филообразуващи в-ва, безири, лакове) изолират изделието от окол среда. А) Полимерно покритие на базата на полимеризационни или поликондензационни смоли Б) Емайлиране нискотопимо стъкло. Защитава добре от корозия, но е много крехък. В) Гумиране Г) Смазване – покриване със конверсационни смазки Д) Торкретиране

2. Методи за получ на М-ни покрития 1) Горещо М-изиране – Защитаваното изделие се потапя в стопилка на защитаващия М. Необходимо е м/у двата М-а да може да се образува хим съед или твърд р-р, в противен случай изделието няма да получи покритие. Така се получават поцинкованите ламарини. Недостатъка е необходимостта покритието да има по-ниска ТТ  от защитаваното изделие. Дебелината на покритието трудно се регулира, води до преразход на М. 2) Пулверизиране – Мът от който се получава покритието се стопява и се пулверизира с помощта на горещ въздух или газ. М-ните частици полепват по изделието и образуват покритие. По този начин се отлагат сплави и се възстановяват износени детайли. 3) Термодифузионен – изделието се посипва с прах от защитаващия М и се загрява до висока t в редукционна или инертна атмосфера. Атомите на защитаващия М дифрудират в изделието и се получава покритие с голяма твърдост и износоустойчивост 4) Механотермичен (плакиране) – М-ното покритие е във вид на фолио, което се поставя в/у изделието и се пресова при висока t и налягане 5) Химичен – покритието е под формата на М-ни йони в р-р. Като редуктор се използва някакво хим съед. Покритие може да се отложи в/у катализирана М-на или немет повърх. Характерно е, че покритието е равномерно и еднакводебело на всички места.

6) Елхимичен метод – Покритието е въъ вид на йони, но редуктор е ел ток. Изделието се поставя на К , А могат да бъдат разтворими и неразтворими.

16.Помедяване и никелиране. Защитни свойства на покритията. Характеристика на електролитите.

1. Помедяване. Медта е метал със светлочервен цвят и подчертан метален блясък, който не изчезва в чиста и суха атмосфера поради образуването на оксид на едновалентен Cu2O. Във влажна атмосф съдърж CO2 и серни съединения (SO2 ,SO4) медта се покрива с зелен слой наречен патина. По хим състав той е осн меден карбонат. Медта е ел.полож метал, поради което не се губи много в резултат на короз процеси. Получените продукти от короз обаче нямат добър външ вид, поради което медта не се използ самостоятелно като покритие. Върху нея се отлага или друг метал, безцветен лак или се оксидира. Медта не взаим с неокислит действащи к-ни. Взаим с окисл действащите к-ни. Устойч на действ на основи с изкл на амоняка, който е комплексообразувател. Медта се явява катодно покритие за Fe и го защитава само като го изолира от окол среда. Медта е пласт метал с мн добра адхезия към останалите метали поради това тя се използва особено много като междинно покритие, от което особено разпространено е трислойното покритие Cu/Ni/Cr. Помедяването се извърш в кисели и цианидни електролити. От киселите електролити най-шир разпростр имат сулфатните ( CuSO4), които във вод р-р се дисоциират на Cu2+ + SO42-, на K (-) Cu2+ + 2e = Cu , на анодите се поставят медни плочи, които по време на процеса се разтварят А (+) Cu – 2e = Cu2+. Елоктролитът е сравнително евтин. Лесно се поддържа, бързо се получават дебели покрития. Характерно е, че покритията са по-едрокристал и са с по-лошо сцепление (адхезия) към основния метал. Тези елекролити притежават и по-малка разсейвателна способност (под разсей спос се разбира възможността на електролита да отлага еднакво дебело покритие в/у всички часта на детайла). Основ недостат на киселите електол е невъзможността един железен детайл директно да се помеди в кисел електролит. Причината за това е голямата разлика в потенциалите на медта и желязото. В следствие на това в/у Fe детайл се отлага контактен слой мед с лоши физико-механ показатели. Поради това е необходимо отначало да се отложи тънък слой мед от цианиден електролид или слой от Ni, след което дет може да се пренесе в р-р за кисело помедяване. Електролитът за кис помедяване съдържа освен CuSO4  H2SO4. Сярната киселина увеличава ел-провод на р-ра, пречи на хидролизата на медния сулфат и подобрява струк на покритието. Блестящо медно покрит може да се получи с добавяне на Б7211. Цианидните елктролити притежават голяма разсей способн. Получените покрит са по-тънки, по-равномерни, ситнокрист с много добра елхезия към осн метал. Р-рите са силно отровни по-скъпи и по-трудно се поддър. Най-разпростр са р-рите на базата на калиев или Na-ев дицианокупроат 

KCu(CN)2 K+ + Cu(CN)2-

K (-) Cu(CN)2- + e = Cu + 2CN-

В този п-п не се отделя контактно мед в/у желязото. Причината за това е, че комплексния цианиден йон е много устой и конц на простите медни йони е нищожно малка. Поради това потенц на Cu и Fe се доближават.

2. Никелиране. Никела е сребристо бял метал с жълтеникав оттенък. Ni притежава блясък който се  запазва при обикновена t0 поради пасивирането си от О2 на въздуха. При загряване до около 500оC Ni се превръща в тъмният NiO. Ni взаим с неокисл действ кисилини. Пасивира се от к.NH3 устойчив е на дей на основи. Ni покрития не са устойчиви в атмосф съдър серни съедин. Ni има по +  потенц от този на Fe и затова се явява катодно покритие за него. Използва се масово в многослойни покрития, за които се приема че са практически безпорести. В последно време се използват дву и трислойни Ni покрития. Първоначално се отлага матово Ni покритие. След това в/у него се отлага блест Ni слой. Последният вкл сяра от блясакообразув добавка, която измества потенц в ‘-‘ посока. По този начин блест Ni слой се явява анодно покритие за матовия Ni слой. Никелирането се извършва в кисели електролити. Основно като най-разпростр е този на базата на NiSO4Ni2+ + SO42- ; К (-) Ni2+ + 2e = Ni ; A (+) Ni – 2e = Ni2+

Електролитът се х-ра с достат добра разсейвателна способност. Получ покритие е силно кристално и качествено. За Увеличаване на елпроводността на р-ра може да се постави Na2SO4 , за подобряване на разтворимостта на анодите се добавят соли съдър сярни или Cl йони. За поддържане на постоянно Ph се поставя борна к-на (H3BO3). Блестящи Ni покрития могат да се получат в електролит на NiSO4, NiCl2, H3BO3 при 60оC , блясакообразувателя е бутиндиол, захарин. 

17. Електрохимично отлагане на покрития на сребро, злато и родий.

1. Сребро- посребряване. Ag е бял пластичен метал с най-голяма ел и топло проводимост. Той е електроположителен метал и не взаимодейства с неокис действ съединения. Разтваря се в к сярна и азотна к-на. Устойчив е на действ на основи. Най-големият недостатък на Ag е че под дей на сяроводорда потъмнява защото се покрива с тъмния Ag сулфид. Ag притежава и най-голяма отразителна способност и за това се използва за производство на огледала, рефлектори и др подобни съоръж като се покрива с тънък слой безцветен лак. Поради мн голямата ел проводимост на Ag то се използва особено много за произв на контакти и превкл. Най-често в/у тях след посреб се отлага мн тънък слой Ra 0,1,-0,2 nm. Ag рядко се използва като метален резист при производството на печатни платки. Причината за това е, че Ag при по-тежки експлоатац условия има способността да навлиза в полимера, в/у който е отложен и по този начин да намалява ел изолационните ми св-ва. Ag се явява катодно покритие на Fe и затова почти не се отлага директно в/у него, а след нанасяне на межд слой, например Cu или Ni. Посребряването може да се извърши по хим или елхим начин, но обикновено се използват комплексни съединения на Ag. Най-разпрост са цианидните и нецианидните р-ри за посребряване. Цианидните р-ри за посребряване съдържат Na или К и цианоаргенитът. KAg(CN)2K++ Ag(CN)2-. К(-)  Ag(CN)2- + е = Аg + 2CN-. Р-рът сдържа още K или NaCO3 или К или Na цианид. За предпочитане е използв на калиеви соли, защото те са лесно разтворими. Разтворите имат по-голяма ел провод и получ покрития са по-кач. За увелич на твър и устой на покритието към р-ра се добавят кобалтови соли. При посреб на Cu изделия е необходимо двукратно посреб. Причината е че в/у Cu детайл може контактно да се отдели Аg. Затова изделието първоначално се посребрява в р-р съдърж малко сребърна сол и много цианид. След това се пристъпва към допълнително посреб в обикновен р-р. Цианидните р-ри са силно основни. Нецианидни р-ри са фероцианидни р-ри които са на основата на калиевхексацианоферад. (К4Fe(CN)6+2AgCl=K4Ag2(CN)6+FeCl2). Р-рът се характ с голяма разсейвает способност : полученото покритие е ситнокристално и качествено. Други електролити за посребр са сулфитните  Електролити, които съдържат NaAgSO3. Те са евтини и в тях може да се посребр цветни метали без предварит посреб. Други електрол са йодидните, които съдържат K2AgI3. Характерно за тях е че Аg покритие има леко жълт цвят поради вкл на йод в него. Цената на този електролид е висока поради високата цена на калиевия йодид от който се получава. За да се избегне потъмняването на сребърното покритие в/у тях много често се отлага тънък слой от други метали. Възможно е и Аg изделия да бъдат пасивирани в 5-10% CrO3.

2. Позлатяване. Au е жълт пластичен метал с красив външ вид и голяма хим устой. Разтв се единствено в к.H2SO4 и царска вода. Използва се масово в бижутерийското производство, в електрониката. Цветни златни покрития се получават като към р-рите или в анодите се поставят соли на др елементи. Червено злато се получава в присъств на медна сол. Зелено злато се получ в присъств на сребърна или арсенова сол. Бяло злато – в присъств на Ni. Плакирането е начин за позлатяване. Съществ т.н. горещ метод като върху изделието се поставя златна амалгама. Издел се нагрява и на повърхн на изделието остава Au покритие. Съществ и такива органични съедин на златото, които се използват в керамиката и стъкло. Същ хим метод където се използва потенц разлика м/у осн метал и сплавта. При елхимичния метод се използват цианидни и нецианидни р-ри. Цианидните р-ри се делят на основни, неутрални и киселинни. Основните р-ри съдържат натриев или калиев цианоаурат - KAu(CN)2 и свободен цианит КCN. Увелич тв на покритие се получава с добавяне на кобалтова или никелова сол. В електрониката най-разпрост са киселите р-ри които не съдържат свободен цианид, а комплексообразуватели като например лимонена или винена к-на. Смятат се за практически неотровни. От нецианидните най-разпространени са фероцианидните. Недостатък на тези р-ри е че там Au е от трета валентност, поради което позлатяването се извършва по-бавно. Освен това анодите много лесно се пасивират, което налага тяхната повърхн да бъде мн по-голяма от тази на изделията поставени на катода.

3. Родиране. Родият е сребристо бял метал с розов оттенък. Отличава се с изключително голяма хим устойчивост. Не се разтваря и в царска вода, а само в сярна к-на при кипене. Притежава и много голяма тв, като по-тв от него е само хрома. По отражателна способ отстъпва само на Аg, но за разлика от него не потъмнява от кислорода на въздуха. Получава се от сулфатни или фосфатни електролити. К (-) Rh33+ + 3e = Rh

19. Химични и електрохим процеси при производство на печатни платки.

ПП представлява фолиран или нефолиран ел изолационен материал изрязан по зададени размери, притежаващ необходими отвори и най-малко 1 пречатно изображение. ПП биват твърди или гъвкави, едностранни, двуслойни(1) и многослойни(2). При (1) и (2) е необходимо да се метализират отворите за да се осигури връзката м/у отделните слоеве.

Материали за производство на ПП : За тази цел се използва едностранно или двустранно фолиран диелектрик, който се състои от метално фолио и някакъв полимер. В някои случай се използва и нефолиран диелектрик. Фолиото, което се използва е Cu, Al или Ni. Тъй като Al трудно се запоява, а Ni е сравнително скъп, най-често се използва Cu фолио. То трябва да бъде с мн голяма чистота, поради което се получава по елхим начин. То трябва да бъде грапаво от едната страна, с микроограпавяване до 3 μm, за да може по-добре да се залепи за диелектрика. От външ страна Cu фолиото е гладко. Неговата дебелина е от 35-50 μm, но се използва често и по-тънко фолио. Диелектрикът се състои от смола и пълнител. Като пълнител може да се използва хартия-тогава диелектрика се нар гетинакс; или тъкан-текстолит. При използването на безалкална стъклена тъкан се получава диел стъклотекстолит. Като свързващо в-во се използват смоли, като екопксидна, фенолформалдехидна, полиестерна и др. Недостатъците на епоксидната смола са : При престояване платките могат да се изкривят, има голям коеф на термично разширение, който е различен от този на метала и това може да доведе до отлепяне на покритието в отворите. При пробиване на отворите в тях могат да останат остатъци от смола.

Методи за производство на ПП 1) Химичен или субтрактивен – използва се едностранно или двустранно фолиран диелектрик. С помоща на лак или резист се начертава печатното изображение така, че да бъдат защитени печатните проводници. След това платката се еува, пробиват се отворите и не се метализира. 2) Елхим– използва се нефолиран диелектрик. Той се изрязва по зададените размери, пробиват се отворите и след подготовка, хим и елхим се помедява. Предимство на метода е, че едновременно се формират печ проводници и покритието в отворите. След това се нанася печатното изображение с фоторезист, нанася се метален резист и платката се еува 3) Адитивен-използва се нефолиран диелектрик, в/у който чрез хим помедяване се получ необх схема.Прави се голяма икономия на химикали и съоръжения. Недостатък на метода е получаването на дебело Cu покритие по хим начин. 4) Комбиниран. Технологични операции: Почистване на отворите по мех или хим начин; обезмасляване-мазнините могат да се разделят на 2 осн групи: 1.от животински и растителен произход,които представляват естери на висшите мастни к-ни с глицерин. Под дей на алкални осн те се превръщат във водоразтворими сапуни. 2. минерални масла – смес от въглеводороди.Те не могат да се осапунват. Обезмасляват се хим в р-р на NaOH, Na2CO3, Na3PO4 . За отстраняване на мин масла се използват и повърхностно активни в-ва, които намаляват повърхностното напрежение на р-ра и благоприятстват отделянето на мин масла. Обезмасляването се извършва при висока t 60-70о; Байцване-обработка на платките с р-ри на соли и к-ни с цел отстраняване на оксидите от Cu фолио и лекото му ограпавяване; Активиране- нейната цел е в/у диелектрика в отворите да се отложат зародиши от благороден метал, които са катализатори на проц на хим метализиране. Най-добрите катал са благородните метали Ag, Аu, Pt и т.н. Най-добрият катал е Pd. При потапяне в калаен диоксид, калайните йони се абсорбират в/у повърхността на диелектрика, след това планката се почиства в р-р на калциев дихлорид и протича реакцията SnCl2+PdCl2=Pd+SnCl4 . При този метод поради голямата разлика в потенциалите на Cu и Pd в/у Cu фолиото се отлага контактно Pd. Това изтощава активиращия р-р, а отделения слой Pd влошава сцеплението на следващите метални покрития. При този колоиден метод SnCl2 и PdCl2 се сливат в силно солно-кис среда и при тяхното взаим се получава комплексно съедин. В резултат на протичане на вътрешно-молек окисл-редук реакция се получават колоидни частици на Pd, съдържащи калай и стабилизирани с обвивка от SnCl3- . При активирането тези частици се абсорбират в/у платката и за да могат да действат каталитично е необх отстраняването на калаевите съединения чрез обработка с разтвори на к-ни или основи. Този процес се нар ускоряване; Химично помедяване – той е автокаталитичен процес, но за да започне е необходим катализатор. Предпочита се пред никелиране, посребряване и д.р : т.к. фолиото е медно при използване на др елем може да възникне галв елем. Cu е еластична с добра адхезия към другите метали. Недостатък на хим Cu покритие в сравнение с елхим е по-лошите му физмех св-ва. Причина за това е че Cu йоните в р-ра приемат е* от редуктора и покритието започва да нараства в/у частицата катализатор. При елхим помедяване е* се получават от катода и медния атом доизгражда металната крис решетка. Р-рът за хим помедяване съдържа най-често CuSO4 и като редуктор CH2O – формалдехид. Взаим м/у тях протича в осн среда, поради което е необх да бъде добавена комплексообразуваща добвака за Cu : Трилон Б или сегнетова сол. Към р-ра се добавят стабилизатори  и разтворители. След хим помедяване се извършва елхим помед за увел дебелината на покритието. Особено важно за р-ра на елхим помед е да има добра разсей способност. Най-висока разсей способност имат цианидните електролити, те освен че са силно отровни са и основни, поради което органичните фоторезисти не са устой в тях. Поради това се използва кисел електролит на базата на CuSO4 с високо съдържание на H2SO4 и малко на CuSO4. Освен това се добавят и някои в-ва като добавката ТD-2. Полученото Cu покритие трябва да притежава голяма относителна еластичност, за да може при висока t да не се отлепва металното покритие.

При всички методи за получаване на печатни платки е необходимо пренасяне на схемата в/у платката. Това става а помощта на фотопечат, ситопечат При първия метод се използват фотополимери (или органични) , които притежават свойството под дей на ултравиолет свет да полимеризират или да деструк. По този начин те променят своята разтворимост в определен разтворител. Тези полимери се наричат фоторезисти. Те биват негативни и позитивни. Негативните фоторезисти по дей на ултравиолетовата светлина полимеризират и по този начин се защитават осветените участъци. Обратно позитивните деструктират под дей на ултравиол свет. При негативните фоторезисти се използва негатив, при позитивните-позитив.

Фоторезистите трябва да имат добро сцепление към платките, да нямат пори, да са устой към дей на р-рите, да имат добра разделителна способност. Биват течни и твърди. Течните не са подходящи за платки с метализирани отвори, защото пречат на отлагането на металния резист. Твърдите представляват трислойна композиция- отдолу и отгоре имат защитно фолио, а по средата е изтинският фоторезист, който представлява полимери способни да полимеризират под дей на светлината. При комбинирания метод остават свободни печатните проводници, а Cu участаците, които ще се еуват са защитени. За да се получат 25 μm дебелина на Cu покритието в отворите, платките отново елхим се помедяват. След това в/у печатните проводници се отлага метален резист по елхим начин. За тази цел може да се използва Sn-Pb, само Sn или Au. След отлагане на металния фоторезист- органичният фоторезист се отлага и платката може да се еува за отстраняване на тези Cu участъци, които са излишни. Еуването е мн отговорна операция, защото може да доведе до непоправим брак при прекъсването на някой от проводниците. Еуващите р-ри трябва да отговарят на условията на процеса на преминаване на Cu от метално в йонно съединение, трябва да се извършва сравнително бързо, р-рът да може да се регенерира, получената Cu сол да може да се използва. Много разпространен р-р за еуване е на базата на FeCl3. Негов недостатък е че не може да се използва при метален резист калай-олово, защото го разлага. Мн трудно се регенерира. Често се използва р-р на базата на: H2SO4-FeCl3      

Cu+H2O2=CuO+H2O   

CuO+H2SO4=CuSO4+H2O

Методът е подходящ за платка с метален резист калай-олово. Мн често се използват кисели или осн р-ри на базата на CuCl2  

20.Особености в структ и свой на полимеритеите (П). Класификация. Разлика м/у Пи и нискомолекулни в-ва

Високомолекулни са тези съедчиято молекула е изградена от 100 хиляди атоми свързани помежду си с хим връзки. Тяхната молек маса варира от 104 до 106 въглеродни единици. Пите са високомолек съеди, чиято мактомолекула е изградена от повтарящи се еднакви или различ групи от атоми нареч мономерни звена. Мономери се наричат нискомол съединения от които се получават Пите. Много често те дават и името на Па, като към името на Па се добавя частичката “поли”. Бр на мономерните звена в макромол на Па се нарича степен на Пизация и се бележи с n. Ако степента е малка, дад продукт се нар синтетична смола или олигомер. Синтетич смоли са полутечни или твърди аморфни в-ва, от които чрез преработка се получ готовите изделия. Когато n има висока стой дад продукт се нарича П. В зависимост от своя произход Пите биват : естествени – срещат се в прир (каучук, целулоза); изкуствено получени Пи – получават се чрез прераб на ест Пи (гума); синтетични – получ се чрез Пизация или поликондензац. В зависимост от своя хим състав, Пите биват : 1) неорганични Пи, чиято макромолекула не съдър въглероди атоми (кварц, слюда, глина); 2) елементоорганични Пи – тяхната макромолекула съдържа освен C, H2, N, O2, S, Cl още Si , Ti и др. 3) Органични Пи, чиято макромолекула съдържа C, H2, N, O2 , S, Cl. Тези Пи биват : Карбоверижни, когато макромол е изградена само от C атоми; хетероверижни Пи – освен C атоми имат и други елем в молек си.

Макромолеку на Пите могат да бъдат с линейна, разклонена или пространствено омрежена струк.

В зависимост от своето отношение към t П биват : термопластични – при повиш на t омекват, а след охлаж получават начал си свой. Процесът може да се повтаря многократно; и термореактивни (реактопласти) – под дей на повишена t, някои хим продукти получават пространствено омрежена структ и стават нетопими и неразтворими в органични разтворители. Ако се повиши още t те не омекват,а термично деструктират (бакелит);

Пите се отличават от нискомолекулните съед по своите св-ва. Както неорганичните, така и органичните нискомол съедин имат точно определ молекулна маса, tk  и tт , кристална струк и т.н. За разлика от тях Пите не са точно дефинирани хим съед. Причина за това е, че те са изградени от макромол с най-различна дължина. Това зависи особено много от начина на неговото получ, затова мол маса на Пите представлява статистическа величина и е ср аритм от отделните маси на макромол. Затова Пите нямат точноопределен tт, a интервала на топене от 10-20о. Пите се срещат само в 2 агрегатни състояния. Течно и твърдо. Те не съществуват в газообразно състояние. Пите, които имат линейна струк на макромолекули и особено тези които имат и полярни групи притежават висока твърдост и висока ТТ и много добри физмех показатели. Причина за това е, че му тях действат големи сили

Пите с разклонена струк са гъвкави и еластични, защото не могат да бъдат разположени близко една до друга и това намалява междомолеку сили. Пите както с линейна, така и с разклонена струк на макромолекулата имат термопласт св-ва. Пите с пространствено омрежена структ не се топят и не се разтварят в орг разтворители, като тези св-ва зависят особено мн от напречните връзки м/у макромол. Колкото е по-голям техния бр, толкова по-ясно са изразени техните св-ва.

21.Полимеризация. Полимеризиционни материали.

Полимер е метод за получаване на полимери които се х-рат със следното : 1) В процеса могат да участват само мономери, които имат сложна връзка или нестабилен пръстен. 2) Не се отделят странични продукти. 3) Молек маса на полимера е кратна на молек маса на мономера. 4) Процесът е необратим

Представители : Полиетилен – той се получава при полимеризацията на етилена, който се съдържа в продуктите в продуктите от деструкция на нефт. Етиленът има неполярна молекула и неговата полим се извършва трудно. В зависимост от условията на получаване различаваме : 1) Полиетилен при високо налягане. Той има разклонени макромолекули поради което е гъвкав и еластичен и се използва за производство на полиетиленово влакно. Има ниска топлоустойчивост-до 1250 .  2) Полиетилен със средно или ниско налягане – с по-голяма молекулна маса, по-малко разклонение макромолекули, по-голяма топлоустой-до 1800  (булен). Полиетиленът представлява прозрачно восъкоподобно в-во Притежава мн голяма хим устой, не се атакува от никакви к-ни и включително хлороводородните. Устой е в t интервал от -60о до 100о, не се разтваря в органични разтворители. При по-високи t само набъбва. Поради неполярната си молекула има мн добри електроизол св-ва, които не зависят от влажността на средата, но зависят от t. Под дей на гама лъчи полиетиленът старее.

Полистирол.Получава се при полимеризацията на стирол. nCH2=CH(-CH2-CH-)n

          C6H5            C6H5

Полимеризира лесно под дей на слънч светл. Получ продукт е безцветно, прозрачно, тв в-во пропускащо 50% от светлината на сл спектър. Не е мн топло устойчив. Издържа до 80оC. Под дей на к сярна или азотна к-на се разрушава. Разтваря се добре в ароматни въглеводороди. Не е много устой на дей на мин.  Масла. Най-лошото му св-во е че под дей на светлината и окол среда той старее, което се изразява в потъмняване и напукване. Затова към него се добавят различни в-ва забавящи стареенето, например 10-15%-ен каучук. Получаваме така наречения удароустой полистирол. Има способ да се разпенва, при което се получ пластмасата стиропор имаща малка плътнаст. Има способността да образува съполимери от които най-известният е трайният акрилнитрилбутадиенстирол – АБC харак за него е, че той може да се галванизира. Има добри ел изолац свойства.

Поливинилхлорид. Получава се при полимер на винилхлорида, което се извършва при високо налягане. nCH2=CH(-CH2-CH-)n

                                                                                 Cl                  Cl

 Няма добри ел изолац св-ва, причина за което е полярната в-ка C-Cl. Получава се от формата на колоиден р-р, който се нарича латекс и се използва директно за произв на латексови бои или за интегрир на тъкани. Има голяма хим устой. Устой е на к-ни и о-ви. Разтв се в орг разтворители. Използва се в тесен темп интервал 10-60оC. Обикновено към него се добавят пълнители, пластификатори, т.ч. могат да се получат както гъвкави, така и тв датайли. При загряване до 140оC той деструктира с отделяне на HCl.

Политетрафлуоретилен. (тефлон) Получава се при полимериз на nCF2=CF2(-CF2-CF2-)n. Полимериз се извършва трудно и изходните продукти също са скъпи, което го обуславя като скъп полимер. Не се атакува от никакви к-ни и има добра хим устой. Смята се за идеалният диелектрик. Притежава мн добри ел изолаж св-ва независещи от влгата и темп. Притежава голяма топлоустой до около 300оС, което се дължи на екранирането на защитата на въглерод атоми от флуорните атоми съдърж в макромолекулата.

22.Поликондензация. Метод за получ на полимери, който се х-ра със следното : 1) в процеса могат да участват само мономери, които съчетават функц групи, като например –ОH, CO= , COOH- и други. Способни да реагират със същите или други функ групи 2) При процеса се отделят странични продукти например вода, амоняк и т.н. 3) Молекул маса на полимера не е кратна на тази на мономера.4) Процесът е обратим

фенолформалдехидна смола. Получава се пластмасата бакелит Ако поликонден се извърши в присъствието на кисел катализатор и при недостига на формалдехид, тогава получената смола има термопласт св-ва и се нарича новолак. Тя може да получи термодинамични св-ва ако прогължим загряването в присъств на по-голямо кол формалдехид. Ако поликондензацията се извършва в присъств на алкален катализатор при излишък на формалдехид се получава резолна смола (А). Тя отначало има термопластич св-ва, но ако продължи загряването се превръща в резитол (В) и накрая в резит (C). Резита е напълно термореактивен продукт. ффс няма добри електроизолац св-ва. Причина за това е наличието на полярна хидроксилна група, която може да стане и причина за допълнително омрежване на полимера. Устойчива е на дей на к-ни и неустой на о-ви. Притежава мн добри физ-меха свойства. Използва се в изработ на гетинакс и текстолит.

Епоксидни смоли. Х-рат се с това че притежават така наречената епоксидна груа. –CH-CH-

                                                       O

които имат способ в присъствието на полиамини да образуват от течната смола твърд термореактивен продукт. Втвърдяването може да се извърши както при обикновена темп в присъствието на втвърдител, така и при висока темп. Имат топлоустой до около 200оС. Мн добра хим устой.От тях се изработват компаунди използващи се за заливане на трансформатори и др нестабилни детайли в ел техниката. Имат добра адхезия към металите и др продукти и затова се използват масово като лепила.   

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 3166
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site



Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2019. All rights reserved