Способ определения теплоты адсорбции водорода металлами
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<»>949467 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—
I (22) Заявлено 20. 11. 80 (21) 3007412/18-25 с присоединением заявки ((9(23) Приоритет
Опубликовано 07.0882. Бюллетень ¹ 29
Дата опубликования описания 07.08.82
Р11М. Кп.
G 01 N 27/02
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 543.253 (088 ° 8) (72) Авторы изобретения
j Y
С:
1 /
Северный филиал Всесоюзного научно-исследовательского института по строительству магистральных тф7бопроводов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ АДСОРБЦИИ
ВОДОРОДА МЕТАЛЛАМИ
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 адсор-. бата в кснтакт с образцом (1).
Однако применение данного способа для погруженных в воду щелочных металлов принципиально не осуществимо.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения теплоты адсорбции водорода металлами, включающий смачивание исследуемого металла водным электролитом (2). 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.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа, т.е. расширение области использования способа на группу щелочных металлов.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплоты.адсорбции водорода металлами, включающему смачивание исследуемого металла водным электрслитом, измеряют электрохимический потенциал реакции взаимодействия щелочного металла с водой и теплоту
l адсорбции всдорода определяют по выражению.
ЕЯ=О, 55-2 (5 + О, 59 — 67)
Еи н (Е(У где Š— энергия ионизация исследуион емого щелочного металла в воздухе;
949467
Еион
4,5 энергия ионизация исследуемого щелОчного металла в водном электролите;
0,59 — тепловой =-ффект реакции нейтрализации; 5
/Я - абсолютная величина измеряемого потенциала электрохимического взаимодействия;
1,67 — коэффициент перехода из эВ.В шкалы водородного электролита в шкалу абсолютных энергий.
На чертеже схематически представлен механизм электрохимического взаимодействия щелочных металлов с молекулами воды.
Способ реализуется в следующем псрядке.
В водную среду помещают электрод из щелочного металла в парафиновой 20 изоляции с единичной несплошностью малой площади и замеряют электрохимический потенциал реакции взаимодействия металла с водой. При .погружении в водный электролит любого ще- 25 лочного металла, энергия ионизации последнего будет равна Е„ „/4,5 эВ, а с учетом резонансной дйссоциации молекул воды реальная энергия иони. зации металла будет составлять
Евон/4r 5+0,59 (эВ) .
Измерение электрохимического потенциала производят по стандартной методике на потенциостате П-5827.
Измеренное значение электрохимического потенциала реакции соответствует энергии (Ме -Н), и определяется
+ алгебраической разностью энергий анодного и катодного процессов всей реакции в целом. Величина электрохими ческого потенциала позволяет определить глубину потенциальной ямы адсорбции водорода, а значит и тепловой эффект данной реакции. Ибо тепловой эффект адсорбционного взаимодействия атомов водорода на щелочных металлах будет измеряться разностью между энергией адсорбции водорода и его десорбированной частью (чертеж) .
П р И м е р .. Измерение электрохи- 50 мического потенциала производили по стандартной методике на потенциостате П-5827. Измеряли потенциал реакции электрохимического взаимодействия атомов калия в насыщенном растворе 55
KOH npu t--20 С, он равен о
2,40 В н.в ° э. Энергия ионизации калия в. воздухе равна 4,34 эВ, но тогда его энергия ионизации в водном электролите будет равна 0,96 эВ. Сог- 60 ласно указанного выражения определили теплоту адсорбционног взаимодействия атомов водорода, равную
0,324 0,04 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, о т л и ч а юшийся 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
dQ = 0,55 — 2(4 5 + 0,59 — 67)
Е рон /E/
1,67 где E „ — энергия ионизации исследуемого щелочного металла в воздухе;
Енон энергия ионизацки исследуемого щелочного металла в водном электролите;
0,59 — тепловой эффект реакции нейтрализации;
I Å! — абсолютная величина измеряемого потенциала электрохимического взаимодействия;
1,67 эВ. — коэффициент перехода
-1 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
ЬхдЬРу graphitized carbon bfach.
"Canadian Journae of Chemistry".
1955, 33, 305.
2. Лдамсон A.A. Физическая химия поверхностей, М., Мнр, 1979, с. 450.
949467
Составитель И.Клешнина
Редактор А.Шандор Техред Т.Маточка Корректор С.Шекмар
Заказ 5735/30 Тираж. 887 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
