1
Изобретение относится к области физической химии и может быть использовано для исследов;шия границы раздела между электропроводными.твердым телом и жидкостью.
Известен способ измерения зависимости поверхностного натяжения твердого электрода от потенциала, основанный на регистрации малых колебаний электрода, вызванных колебаниями его потенциала при пропускании переменного тока через границу твердого электрода с жидким электролитом 1 .
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения зависимости поверхностного натяжения твердого электрода от потенциала, включающий пропускание переменного тока через границу электрода с жид КИМ электролитом, задание среднего потенциала электрода относительно электролита и регистрацию колебаний изгиба электрода в виде пластины на резонансной частоте 2 .
Электролитом смачивают одну из двух сторон пластины. Переменный ток звуковой частоты вводят в пластину через металлический держатель, скрепляющий электрод с пьезоэлементом и одновременно служащий электрическим контактом. Держатель соединяет электрод с внешней цепью, через которую задаются переменный ток н среднее значение потенциала электрода относительно электролита. Частоту тока устанавливают равной одной из резонансных частот механической системы электрод - пьезоэлемент. Переменный ток проходит внутри пластины вдоль ее средней плоскости и выходит в электролит через смоченный участок поверхности пластины. Колебания поверхностного натяжения на смоченной стрроне пластины вызывают нзгнбные колебания пластины, которые передаются пьезозлементу и таким путем регистрируются.
Вещества.исследуемых электродов разнообразны: металлы, сплавы, полупроводники, твердые электролиты. В ряде случаев их состав неизвестен. При выборе материалов держателя и токопроводящих проводов основными являются механические свойства. Хрупкие, мягкие, тяжелые материалы менее подходят для этой цели. Поэтому, как правило, материалы держателя и проводов отличаются от материала исследуемого электрода. При этом в известных способах в зоне контакта
между электродом и цепью задания среднего потенциала выделяется тепло Пельтье с частотой пропускаемого тока. В электроде и держателе вблизи их границы возШкают переменные температурные напряжения. Они вызывают дополнительные колебания злектр9Да, которые накладываются на кодебания, обусловленные периодическим изменение поверхностного натяжения на границе электрод электролит.
. Поэтому известные способы в общем случае дают результат, искаженный погрешностью, для оценки и отделения которой необходимы дополшпельНые измерения. Погрешность возрастает щ)и переходе от металлических электродов к полупроводниковым, у которых она соизмерима с регистрируемым сигналом.
Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения погрешности, обусловленной температурными напряжениями в зоне контакта между электродом и цепью задания среднего потенциала.
Для этого в электролите создают внешнее по отиршению к электроду переменное электрическое поле, а электрод погружают в электролит, так чтобы средняя плоскость электрода пересекала силовые линии поля; электрическое поле формируют однородным, а электрод ориентируют перпендикулярно.его направлению.
По предлагаемому способу .пластина электрода приводится в соприкосновение с электролитом обеими сторонами, а переменный ток п знускаегся через электролит и электрод в направлении, перпендикулярном средней плоскости пластины. Мгновенные значения переменного тока на противоположных-сторонах пластины электрода одикаковы по величине и противоположны по знаку. Средше значения потенциала электрода относительно электролита одинаковы на противоположных сторонах пластины. Контакт держателя с электродом остается, он необходим для скрепления электрода с пьезозлементом и для задания среднего значения потенциала электрода. «
Однако переменный ток через этот контакт в данном способе не проходит.
Тепло, выделяющееся на границе электрод электролит, характеризует . исследуемую систему, однозначно определяется ею и не является источником погрешности. Оно мало в области потенциалов, где электрод является поляризуемы и где переменный ток расходуется только на заря жение емкости двойного электрического слоя. В этой области, наиболее важной для исследований, тепловое натяжение пренебрежимо мало по сравнению с переменным поверхностным натяжением.
На чертеже показано расположение исследуемого электрода в электролите при измерениях предлагаемым способом.
Переменное электрическое поле в электролите создают с помощью двух один овыхвспомогательных электродов 2 и 3, подключаемых к вторичной обмоткетрансформатора 4, первичную обмотку которого соединяют с генератором переменного тока. Используют сосуд, разделенный на две одинаковые части перегородкой 5, которую пересекает канал 6 прямоугольного сечения. Электролит заливают в сосуд до уровня выше дна канала. Вспомогательные электроды погружа |Ю7 в электролит поразные стороны от перегородки. Исследуемый электрод 7 в форме прямоугольной пластины закрепляют одним концом в держателе 8 и затем другим концом погружают в канал с электролитом так, чтобы средняя плоскость пластины была перпендикулярна стенкам канала.
При прохождении переменного тока сквозь пластину потенциалы ее противоположных сторон относительно электролита колеблются в проти во фазе относительно одного и того же среднего значения.
Зависимость поверхностного натяжения v от потешшала проявляется в том, что следуя за потешшшшминатяжения противополонсш х сторон пластины также колеблются в противофазе,Уменьшение натяжения одной стороны сопровождается увеличением натяжения другой стороны. Возникают кзщбные колебания пластины, которые регистрируются. Их амплитуда пропорциональна амплитуде поверхностного натяжения при заданном среднем потенциале. Изменение среднего потевдиала р сопровождается изменением амплитуды поверхностного натяжения, давая кривую в координатах . При заданной амплитуде переменного тока амплитуда плотности заряда электрода q фиксирована вдоль кривой, Aq const Поэтому полученную таким путем кривую можно интерпретировать.в координатах . рЧ Размерности этихкоординат одинаковы, благодаря чему они имеют преимущества перед координатами Э /Эу/-/ . При необходимости переход совершается по формуле Э /ЭугСЭ„/Эгде С - известная дифференциальная электрическая емкость единицы поверхности электрода на частоте измерения. Так как всегда ОО, то и 9у/ Эц, обращаются в нуль одновременно, указывая экстремумы функции W.
Масштаб по оси ординат определяют, Например, путем теплового моделирования поверхностного натяжения. Для этого после измерения исследуемый электролит заменяют стандартным раствором окислительно-восстановительной системы с тем же объемом. При частотах тока 1 кгц и выше распределения тока в исследуемом электролите и в стандартном растворе, как правило, одинаковы благодаря малому сопротивлению емкости электрода. Поэтому при измерениях допустимо
