Способ исследования электрокапиллярных явлений на жидком электроде

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез Сфветскик Социалистических республик(22) Заявлено 270777(21) 2514165/18-25с присоединением заявки Мо(51)М. Кл. С 01 И 13/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы ИЗОбрЕТЕНИЯВ. ПетРов, В. А, Дерябин, А, И. Сотников и (0, А, дерябин Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С, М. Кирова и Уральский научноисследовательский институт черных металлов(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫХ ЯВЛЕНИИ НА ЖИДКОМ ЭЛЕКТРОДЕЦелью изобретения является повышение точности измерений и расширение круга изучаемых систем. Изобретение относится к исследованию физико-химических свойств жидких фаз и может найти применение в физической химии, электрохимии и теоретической металлургии. Знание электрокапиллярной кривой (ЭКК, т. е. зависимостимежфазного натяжения 8 от электрического потенциалац позволяет получить информацию о строении граО ницы и о характере процессов; протекающих при поляризации, и необходимо для анализа и совершенствования технологических процессов электрохимического рафинирования и обработки металлов, электрометаллургии и гальванотехники.Известен спдсоб снятия ЭКК металлических расплавов на границе с электролитами методом максимального давления с обращенным капилляром (1).Однако этот способ имеет низкую точность измерений.Наиболее близким техническим решением является способ исследования электрокапиллярных явлений на жидком электроде, заключающийся в том, что по разнице веса цилиндрического стержня, погружаемого на разную глубину в электролит, до. его контакта с исследуеМым металломи после контакта, вычисляют величину межфазного натяжения при различной поляризации исследуемой границы и строят ЭКК 12).Однако этот способ имеет существенный недостаток, который связан с большой погрешностью измерений и заключается в следующем. Предполагают, что стержень совершенно не смачивается металлом, хотя известно, что у большинства металлов на границе с огнеупорами угол смачивания существенно отличается от 180 ф при угле в 150 ошибка составляет около 14, а при 120 о возрастает до 50, таким образом сужается круг систем, которые можно изучить данным методом. Кроме того, большая поверхность межфазной границытребует значительных поляризующих токов, что иногда трудно реализовать по техническим причинам (вносится погрвпностьв работу приборов), это обстоятельство сужает диапазон исследуемых потенциалов р, что снижает ценность получаемой ЭКК.где Г5 Формула изобретения Дл я этого предвари тельно торецстержня подвергают обработке, обеспечивающей его смачиваемость исследуемым металлом, объем которого берутравным объему цилиндра с радиусом,равным радиусу стержня г и высотой,равной (1-2)г, фиксируют глубину погружения стержня в электролит, прикоторой образуется прослойка исследуемого металла цилиндрической Формы,.после чего накладывают поляризацию,а величину межфазного натяжения 6рассчитывают по разнице веса стержняГ до и после контакта его с исследуемым металлом по формуле О = Р(й)Предлагаемый способ осуществляетсяследующим образом,Предварительно торец стержня обрабатывают, обеспечивая его смачиваемость исследуемым металлом в электролите (например) напыляют тугоплавкий металл на торец огнеупорного стержня). Вначале цилиндрический стержень взвешивают на воздухе, затем опускают до соприкосновения с расплавом электролита и продолжаютопускать стержень 25 в электролит, непрерывно контролируя его вес в зависимости от высрты. Предварительно на дно сосуда помещают металл, объем которого зависит от размеров стержня и вычисляется,по форму ле объема цилиндра Ч =Хгзй, где г радиус цилиндра, равный радиусу цилиндрического стержня; Ь - высота цилиндра, равная (1-2)г. Такие размеры прослойки металла являются опти мальными и обеспечивают наибольшую .точность измерений. Опускать стержень следует до тех пор, пока вес стержняне Станет равным весу этого же стержня и на такой же глубине, но без 40 капли металла в сосуде. После"этого стержень снова начинают поднимать;вес резко возрастает, пока прослойка металла имеет выпуклую форму (возрастание реса происходит за счет умень 45 шения внутреннего давления в капле, она как бы перестает выталкивать стержень). Как только прослойка металла, пройдя через цилиндрическую форму, "становится вогнутой, возрастание веса происходит менее интенсивно. Поднятие продолжают до тех пор, пока вес не проходит через максимум. При дальнейшем поднятии вес стержня уменьшается за счет уменьшения и кривизны прослойки н площади ее соприкосновения со стержнем до тех пор, пока прослойка не рвется (на высоте (2-3)Ь для разных систем в зависимости от величины натяжения Я ), Не .допускаяразрыва, вновь опускают стержень, ноУже до высоты, при которой прослойка металла принимает цилиндрическую форму. Когда между стержнем и дном сосуда находится металлическая прослойка цилиндрической формы, накладывают по ляризацию. Согласно формуле для цилиндра имеем.ьРыФС 8 5 пЭ =-йЗ( р)ф 2 лг 8=6 йг,1- разница в весе стержня, погруженного в электрод при наличии прослойки металла и в ее отсутствии, обусловлена капиллярными силами; ьР иЫ - лапласовское давление внутри прослойки металла и площадь .контакта;Сце - периметри угол смачивания.Таким образом, величина Г определяет величину Я = Г (,йг) . Площадь межфазной границы, через которую пропускают ток, равна боковой поверхности цилиндра радиусом г и высотой Ь.11 ропуская ток и измеряя величину межфазного натяжения, можно исследовать зависимость его от плотности тока, потенциала (ЭКК), состава, температуры. Использование предлагаемого способа снятия ЭКК на жидком электроде обеспечивает следующие преимущества: погрешность измерений не превышает 5, для изучения пригоден более широкий круг систем; малая поверхность прослойки исследуемого металла и цилиндрическая форма обеспечивают равномерную поляризацию и расширяют диапазон изучаемых потенциалов, метод прост при реализации и не требует дорогостоящего оборудования. Способ исследования электрокапиллярных явлений на жидком электроде, включающий пропускание тока через межфаэную границу жидких металла и электролита, измерение веса стержня, погруженного на разную глубину в электролит, до его контакта с исследуемым металлом и после контакта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измереиий и расширения круга изучаемых систем, предварительно торец стержня подвергают обработке, обеспечивающей его смачиваемость исследуемым металлом, объем которого берут равным объему цилиндра с радиусом, равным радиусу стержня г и высотой, равной (1-2)г, фиксируют глубину погружения стержня в электролит, при которой образуется прослойка исследуемого металла цилиндрической формы, после чего накладывают поляризацию, а величину межфазного натяжения 6 рассчитывают по разнице веса стержня Р до и после контакта его с исследуемым металлом по формуле693160 Составитель Н. МеньшенинаРедактор О. Колесникова Техред З.фанта Корректор А, Гриценко Заказ 6064/11 Тираж 1073 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/51Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектиая, 4 Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патров Б. В, Известия вузов. Черная металлургия, 1959, 6, 3, 2. Ремпель С, И. Труды Уральского лесотехнического института, 12, 195 Э (прототип).