Электрохимия металлов и сплавов

Дисциплина: Электрохимия металлов и сплавов
Аннотация
Программа учебного курса «Электрохимия металлов и сплавов» составлена в
соответствии со стандартом основной образовательной программы подготовки
дипломированных специалистов по направлению «Физическое материаловедение» в
рамках специальности 150701 «Физико-химия процессов и материалов».
Изложены разделы теоретической электрохимии применительно к металлам и
сплавам: электрохимическая термодинамика металлов и сплавов, кинетика катодных
процессов выделения металлов и газов, термодинамика и кинетика анодных процессов
растворения сплавов, электрохимическая пассивность металлов и сплавов.
В изложении разделов термодинамики и кинетики электродных процессов широко
используются современные достижения физикохимии поверхности металлов и сплавов.
Цель обучения
Дать фундаментальные знания в области электрохимии применительно к поведению
металлов и сплавов в водных растворах, а также на границе с твердым электролитом.
Научить:
Анализировать электрохимические процессы, относящиеся к поведению металлов и
сплавов, выявлять общность и различия в электродных процессах, протекающих на
поверхности металла в контакте с водным или расплавленным, или твердым
электролитом; распознавать лимитирующие стадии этих процессов с целью возможного
управления ими при защите металлов от коррозии, а также в металлургии; научить
пониманию особенностей электрохимического образования новой фазы (металл, газ или
оксид) на поверхности электрода; ознакомить с основными аспектами применения
теоретической электрохимии к процессам коррозии и защиты металлов, а также в
металлургии и в других применениях.
Приобретаемые умения и навыки
Уметь применять законы Фарадея к сложным электродным процессам; определять
термодинамически наиболее вероятную электродную реакцию; оценивать влияние
строения двойного электрического слоя и присутствия ПАВ на кинетику электродной
реакции; проводить расчет кинетических параметров электродной реакции; проводить
расчет процесса анодного селективного растворения сплава; проводить расчет процесса
электрокристаллизации металла и определять условия получения осадка металла с
заданными характеристиками; проводить расчет термодинамики и кинетики образования
оксидного слоя на аноде.
Содержание дисциплины
(разделы дисциплины и виды занятий)
№
Лекции
Раздел дисциплины
(час)
4
1 Двойной электрический слой
8
2 Электрохимическая кинетика электродных реакций
ПЗ
(час)
2
4
3
Диффузионная кинетика электродных реакций
4
2
4
Термодинамика и кинетика совместного протекания
электродных реакций
4
2
ЛР
(час)
5
Термодинамика и кинетика анодного растворения
сплавов
6
2
6
Кинетика процессов с образованием на электроде новой
фазы
4
3
7
Термодинамика и кинетика электрохимической
пассивности металлов и сплавов
4
2
1.Электродный потенциал металла. Двойной электрический слой
1.1. Предмет электрохимии. История развития электрохимии. Области прикладной
электрохимии.
1.2. Явления адсорбции при образовании двойного электрического слоя.
Электрокапиллярные явления на твердых и жидких металлах.
2. Электрохимическая кинетика электродных реакций
2.1. Лимитирующие стадии электродного процесса. Перенапряжение на электроде как
мера торможения отдельных стадий электродного процесса.
2.2. Скорость электрохимической реакции. Соотношение Бренстеда.
2.3.Стадийность электродных реакций. Перенапряжение перехода.
2.4. Зависимость скорости электрохимической реакции от перенапряжения вблизи и
вдали от равновесия. Уравнение типа Тафеля.
3. Диффузионная и смешанная кинетика электродных реакций
3.1. Условие возникновения диффузионного тока. Уравнение диффузионного тока.
Предельный ток.
3.2. Перенапряжение диффузии. Теория конвективной диффузии у поверхности
электрода. Вращающийся дисковый электрод.
3.3. Нестационарная диффузия у поверхности электрода. Переходное время
электродного процесса. Смешанная (диффузионно-электрохимическая) кинетика
электродного процесса на металлах в водных, расплавленных и твердых электролитах.
4. Термодинамика и кинетика совместного протекания катодных реакций
4.1. Термодинамика протекания нескольких катодных реакций. Кинетика совместного
протекания нескольких катодных реакций.
4.2. Совместное катодное выделение металла и водорода. Особенности термодинамики
и кинетики получения электролитических сплавов.
5. Термодинамика и кинетика анодного растворения сплавов
5.1. Равновесный потенциал электрода – сплава металла. Связь равновесного
потенциала сплава диаграммой состояния.
5.2. Селективное и пропорциональное растворение компонентов твердого раствора и
многофазного сплава. Механизмы анодного селективного растворения сплавов (СР).
5.3. Вакансионная термодинамическая модель поверхностного слоя атомов.
6. Кинетика процессов с образованием на электроде новой фазы
6.1. Кинетика электродного процесса с выделением газа. Перенапряжение выделения
водорода и ионизации кислорода.
6.2. Кинетика электрокристаллизации. Устойчивость плоского фронта роста
металлического осадка. Регулирование процессов электрокристаллизации металлов
7. Термодинамика и кинетика электрохимической пассивности металлов и сплавов
7.1. Термодинамика и механизмы образования покрывающих слоев (оксидных,
гидроксидных) на электроде.
7.2. Термодинамика и кинетика электрохимической пассивации металлов и сплавов
Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
Всего часов
Всего часов, семестр 7
Общая трудоемкость
90
90
Аудиторные занятия
51
51
Лекции (Л)
34
34
Практические занятия (ПЗ)
17
17
22
22
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Вид итогового контроля
экзамен
Пререквизиты (дисциплины, обязательные для предварительного изучения):
Математика, химия, физика, физическая химия
Кореквизиты (дисциплины, обязательные для параллельного изучения)
Фазовое равновесие и структурообразование, квантовая химия и теория поверхностных
явлений, дефекты кристаллической структуры, физические свойства твердых тел,
диффузия и диффузионно-контролируемые процессы
Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)
а) основная литература
1а. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Электрохимия. Учебное пособие для ВУЗов. М.: Высшая
школа. 1987 – 295с.
2а. Андреев Ю.Я. Электрохимия металлов и сплавов. Учебное пособие. М.: Издательский
Дом «МИСиС». 2012 – 275 с.
3а. Учебное пособие по практическим занятиям по курсу «Электрохимия металлов и
сплавов». Исполнитель Андреев Ю.Я. Москва. 2007.
б) дополнительная литература
1б. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984. – 519с.
2б. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия. 3-е изд. Л.: Химия. 1969. – 608 с.
Координатор: Андреев Ю.Я., профессор, д.х.н.