ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АККУМУЛЯТОРОВ

ОДНОВРЕМЕННОЕ КАТОДНОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛА И ВОДОРОДА

Нанесение гальванических покрытий относится к числу процессов, для которых желательно иметь высокое значение перенапряжения водорода, так как в этом случае, как уже указывалось, скорость выделения водорода заметно уменьшается, а коэффициент исполь­зования тока (выход металла по току) повышается.

Важную роль водородного перенапряжения для процессов эле - хтрсосаждения металлов можно проиллюстрировать следующим примером.

Рассмотрим процесс осаждения цинка и кадмия из нейтральных растворов сернокислых солей этих металлов. Равновесные потен­циалы цинка и кадмия в соответствующих растворах равны —0,76 и —0,4 В. Равновесный потенциал водородного электрода в этих растворах равен приблизительно —0,4 В.

Если бы выделение водорода на цинке и кадмии из этих раство­ров не сопровождалось заметным перенапряжением, то потребля­емый при электролизе ток в ванне с сернокислым цинком полно­стью расходовался бы на выделение водорода, а в ванне с серно­кислым кадмием на выделение металла расходовалось бы лишь ~50% тока.

Но в действительности ввиду того, что выделение водорода на цинке и кадмии связано с высоким значением перенапряжения, ис­пользование тока на выделение этих металлов из соответствующих растворов достигает довольно высоких значений (>90%).

Рассмотрим теперь различные случаи совместного выделения металла и водорода в зависимости от хода изменения значений их потенциалов в процессе электролиза. Это удобно сделать с помощью кривых плотность тока — катодный потенциал.

На практике могут наблюдаться следующие случаи:

Потенциал металла при всех значениях плотности тока положи - тельнее, чем потенциал выделения водорода (рис. 6). Этот случай имеет место при электроосаждении серебра, меди, свинца и неко - - торых других электроположительных металлов, потенциалы выде­ления которых значительно отличаются от потенциала выделения водорода. Выход по току при осаждении указанных металлов до­стигает 100%, т. е. электролиз протекает без выделения водорода;

Потенциал выделения водорода более положителен при всех значениях плотности тока, чем потенциал, при котором происходит выделение металла (рис. 7). Данный случай противоположен пре­дыдущему и характерен для электроотрицательных металлов (маг­ний, алюминий и др.), осаждение которых из водных растворов не­возможно, так как в указанных условиях выделяется только во­дород;

Потенциал металла остается более положительным, чем потен­циал выделения водорода при сравнительно малых значениях плот­ностей тока, но, начиная с некоторого значения плотности тока, катодный потенциал становится отрицательнее потенциала выде­ления водорода. В этом случае при тех плотностях тока, при кото­рых катодный потенциал не достигает потенциала выделения водорода, выделяется только металл. Прн тех же плотностях тока,

При которых катодный потенциал более отрицателен, чем потенци­ал выделения водорода, выделяются совместно металл и водород в количествах, пропорциональных плотностям тока dM и dHa (рис. 8);

Потенциал металла, иачииая с некоторых значений плотности тока, становится более отрицательным, чем потенциал водорода {рис. 9).

В точке пересечения поляризационных кривых металл и водород выделяются в эквивалентных количествах. При меньших плотно­стях тока преобладает металл, а при больших — водород.

В заключение надо отметить, что. приведенные в данном пара­графе рассуждения в равной мере относятся и к одновременному (совместному) выделению двух металлов, не образующих между собой твердого раствора или химического соединения.

В том случае когда осаждающиеся совместно металлы образу­ют твердый раствор, потенциал выделения иоиов обоих металлов может оказаться менее отрицательным, чем потенциал более отри­цательного металла. При этом преимущественно выделяется более положительный металл, ио с увеличением плотности тока катодный потенциал становится все более отрицательным и в осадке увели­чивается относительное количество более отрицательного металла. Так, например, из растворов, содержащих циик и никель, одновре­менное осаждение этих металлов происходит вследствие образо­вания сплава этих двух металлов.