Способ определения теплоты адсорбции водорода металлами Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к физической химии, точнее к электрохимическому определению адсорбционного взаимодействия водорода на щелочных металлах, находящихся в водных растворах, и может быть использовано в контроле наводораживания сталей и других сплавов.

Известен калориметрический способ определения теплоты адсорбции, выделяющейся при приведении паров адсорбата в контакт с образцом l.

Однако применение данного способа для погруженных в воду щелочных меТсшлов принципиально не осуществимо.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения теплоты адсорбции водорода металлами, включающий смачивание исследуемого металла водным электролитом L2J.

Недостатком известного способа является то обстоятельство, что при контакте щелочных металлов с молекулами воды, высокая активность этих металлов приводит к интенсивному химическому взаимодействию между ними и молекулами воды и,следовательно, к выделению больших количеств молекулярного водорода, который в этих условиях, как правило, или

самовозгорается, или взрывается, что делает способ неприменимым в указанном варианте выполнения.

Кроме того, сокращение контактирующей поверхности с целью уменьшения помехи химической реакции не позволяет с- нужной точностью измерить теплоту адсорбции по теплоте смачивания.

10

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа, т.е. расширение области использования способа на группу щелочных металлов.

15

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплоты.адсорбции водорода металлами, включающему смачивание исследуемого металла водным электрсли20том, измеряют электрохимический потенциал реакции взаимодействия щелочного металла с водой и теплоту адсорбции водорода определяют по выражению.

25

/(

(,55-2( - - т:

),

67

где Ej,g - энергия ионизации исследуемого щеДочного металла 30в воздухе; jr - энергия ионизацик исслед емого щелочного металла водном электролите; 0,59 - тепловой Е ффект реакции нейтрализации; - абсолютная величина изме ряемого потенциала элект рохимического взаимодействия;1,67 - коэффициент перехода из эВ. шкалы водородного электролита в шкалу абсолютны энергий. На чертеже схематически представ лен механизм электрохимического вза имодействия щелочных металлов с молекулами воды. Способ реализуется в следующем псрядке. В водную среду помещают электрод из щелочного металла в парафиновойизоляции с единрчной несплошностью малой площади и замеряют электрохимический потенциал реакции взаимодействия металла с водой. При -погру жении в водный электролит любого щ лочного металла, энергия ионизации последнего будет равна Е„о„/4,5 эВ, а с учетом резонансной диссоциации молекул воды реальная энергия ионизации металла будет составлять EMOM/4,5-fO,59 (эВ) . Измерение электрохимического пот циала производят по стандартной методике на потенциостате П-5827. Измеренное значение электрохимического потенциала реакции соответству ет энергии () , и определяется алгебраической разностью энергий анодного и катодного процессов всей реакции в целом. Величина электрохи ческого потенциала позволяет определить глубину потенциальной ямы адсорбции водорода, а значит и тепл вой эффект данной реакции. Ибо тепл вой эффект адсорбционного взаимодействия атомов водорода на щелочных металлах будет измеряться разностью между энергией адсорбции вод рода и его десорбированной частью (чертеж). Пример. Измерение электрох мического потенциала производили по стандартной методике на потенциоста те П-5827. Измеряли потенциал реакц электрохимического взаимодействия атомов калия в насыщенном растворе КОН при , он равен 2,40 В н.в.э. Энергия ионизации калия в. воздухе равна 4,34 эВ, но тог да его энергия ионизации в водном электролите будет равна 0,96 эВ. Со ласно указанного выражения определи ли теплоту адсорбционного взаимодействия атомов водорода, равную 0,324iO,04 эВ. В ОТЛИЧИИ от известных способов, предложенный способ определения теплоты адсорбции водорода позволяет определить количество частиц водорода, пришедших во взаимодействие с щелочными металлами, а также служит первоначальным этапом проведения детального анализа механизма взаимодействия всех металлов с водными растворами, что создает предпосылки для решения задачи наводораживания трубной стали при катодной защите магистральных трубопроводов. Формула изобретения Способ определения теплоты адсорбции водорода металлами, включающий смачивание исследуемого металла водным электролитом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа путем обеспечивания возможности исследования щелочных металлов, измеряют электрохимический потенциал реакции взаимодействия щелочного металла с водой и теплоту адсорбции водорода определяют по выражению + 0,59 - 1%), ,ЕЬОН rfQ 0,55 - 2(i 4,5 где Е,о„ энергия ионизации исследуемого щелочного металла в воздухе ; энергия ионизации исследуемого щелочного металла в водном электролите; тепловой эффект реакции нейтрализации; абсолютная величина измеряемого потенциала электрохимического взаимодействия; 1,67 эВ.В коэффициент перехода из шкалы водородного электролита в шкалу абсолютных энергий. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Anberg G., Spenser W., Bube R. Heats ofansorption of krypton on highPy graphitized carbon bfach. Canadian JournaP of Chemistry. 1955, 33, 305. 2.Адамсон A.A. Физическая химия поверхностей, М., Мир, 1979, с. 450,

fafagc. 1

Н

-0,5

у0

.5

Мс