Естественная конвекция и конвективная неустойчивость в окислительно-восстановительной системе иод-иодид

• Автор: Моргунова, Елена Евгеньевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 .Экспериментальное исследование естественной

конвекции в электрохимических системах

1.2. Теоретическое описание естественной конвекции

1.3. Электрохимическая система иодиодид

Глава II. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Типы электродов и электрохимические ячейки.

2.2. Инструментарий.

2.3. Подготовка электродов и ячеек

2.4. Химические реактивы и состав применяемых растворов.
2.5. Методика измерений предельного тока
2.6. Определение массовых коэффициентов К1 и .
2.7. Математическая обработка результатов.
Глава III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Предельный ток на вертикальных электродах
3.1.1. Прямоугольный электрод.
3.1.2. Плоскопараллельные дисковые электроды
3.2. Предельный ток восстановления трииодида на
наклонном электроде
3.3. Конвективная неустойчивость в ячейке с горизонтальными электродами
3.4 Конвективная неустойчивость восстановления трииодида в
вертикальном канале
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Явления, связанные с ЕК, можно разделить на два класса свободную конвекцию и конвективную устойчивость. Свободная конвекция возникает в жидкости, если векторное произведение градиента плотности и вектора ускорения свободного падения удовлетворяет условию Ур0. Плотность архимедовых сил плавучести при этом определяется как произведение на локальное изменение плотности раствора . Если же градиент плотности параллелен вектору ускорения свободного падения , в жидкости возможно механическое равновесие. Однако это равновесие может оказаться неустойчивым, если плотность сил плавучести превысит некоторое критическое значение. В теоретических исследованиях тепловой конвекции были получены выдающиеся результаты, в частности построено автомодельное решение, описывающее свободную конвекцию при больших числах Грасгофа. Попытка распространить эти результаты на электрохимические системы сталкивается с серьзными проблемами, обусловленными, прежде всего многокомпонентной природой сил плавучести и существованием миграционной составляющей потока. Большинство этих проблем не получило своего адекватного решения, но именно они в настоящее время привлекают к себе вс большее внимание, т. Систематическое изучение этого явления начато еще в середине прошлого века. В пионерских работах 58 было обнаружено, что на вертикальном электроде в условиях ЕК предельная плотность тока диффузии зависит от концентрации электроактивных ионов в степени 1,, а не в первой степени как, например, на вращающемся дисковом электроде. Было показано также, что локальные величины предельного тока обратно пропорциональны значению вертикальной координаты данной точки в степени 0,. В работах 9 авторы применили интерферометрический метод исследования приэлектродного слоя раствора и смогли сделать видимым распределение концентрации внутри диффузионного слоя смещение интерференционных полос при прохождении тока было пропорционально изменению концентрации. Этот метод относится к оптическим методам исследования процессов переноса в растворах, позволяющим наглядно изучать движение жидкости вблизи электрода. В работах , для этой цели использовали свойство органического индикатора изменять окраску в зависимости от величины раствора в приэлектродном слое жидкости, которая в свою очередь определяется скоростью электродной реакции. И, наконец, для исследования движения жидкости широко используется современная фототехника, в частности в работе фотографически фиксировали изменения характера течения жидкости в зависимости от ориентации электрода в пространстве. Однако в электрохимических системах эти методы изучения закономерностей ЕК имеют скорее вспомогательное значение, а основными являются такие, которые устанавливают связь между электрическими их характеристиками напряжением и плотностью тока или сопротивлением. Исследование влияния ЕК на скорость массопереноса удобно изучать, измеряя предельный диффузионный ток Р в рассматриваемой электрохимической системе в различных условиях эксперимента плотность и вязкость среды, размеры и расстояние между электродами, концентрация электроактивных ионов и фонового электролита, положение ячейки в поле силы тяжести и т. ЕК раствора. Шмидта Бс , Грасгофа вг р, и Рэлея Ид вгБс ЛрН. В этих выражениях плотность, вязкость и коэффициент диффузии раствора, а также ускорение свободного падения имеют традиционное обозначение р, V, Э и , Н вертикальный размер электрода. Для реальных водных растворов 8с и, следовательно, Ил КЮСЮг. Для характеристики плотности тока вводят безразмерное число Шервуда Ь0прНг Р О0 с0 , где г, Э0, с0 заряд, коэффициент диффузии и объемная концентрация электроактивных ионов, Р число Фарадея. Таким образом, число Шервуда является некоторой функцией чисел Шмидта и Грасгофа и характеризует влияние ЕК на предельный диффузионный поток. ЭЬ КсОг14 1. При этом условии система может быть решена численно, и значении коэффициента К. В исследованиях по ЕК измеренные значения Зпр, а также данные о свойствах растворов используют для расчтов значений БЬ, Бс и вг . Ь Ки8сСгь 1.