ХиМиК.ru — ЭЛЕКТРОДЫ — Химическая энциклопедия

ЭЛЕКТРОДЫ в электрохимии, электронно-проводящие фазы, контактирующие с ионным проводником (электролитом). Часто под электродом понимают лишь одну электронно-проводящую фазу. При пропускании тока от внеш. источника через систему из двух электродов, соединенных друг с другом через электролит, на электродах протекают два процесса: заряжение двойного электрического слоя и электрохим. р-ция. В отличие от фазовых контактов металл-металл, металл-полупроводник, полупроводник-полупроводник и т. п. на границе фаз, составляющих электрохим. систему, вид носителей тока меняется, т. к. в электролите ток переносится ионами, а в электронно-проводящей фазе — электронами. Непрерывность прохождения тока через границу фаз в этом случае обеспечивается электродной р-цией. Электрод наз. анодом, если на его пов-сти преобладает р-ция, приводящая к генерированию электронов, т.

е. происходит окисление в-в, содержащихся в электролите, либо ионизация металла анода. Электрод наз. катодом, если с его пов-сти электроны металла переходят на частицы реагирующих в-в, к-рые при этом восстанавливаются.

Классификация электродов проводится по природе окислителей и восстановителей, к-рые участвуют в электродном процессе. Электродом 1-го рода наз. металл (или неметалл), погруженный в электролит, содержащий ионы этого же элемента. Металл электрода является восстановленной формой в-ва, а его окисленной формой — простые или комплексные ионы этого же металла (см. Электрохимическая кинетика). Напр., для системы Сu Сu²⁺ + 2е, где е — электрон, восстановленной формой является Сu, а окисленной — ионы Сu²⁺

. Соответствующее такому электродному процессу Нернста уравнение для электродного потенциала Е имеет вид:

где E° — стандартный потенциал при т-ре Т;- термодинамич. активность ионов Сu²⁺; F — постоянная Фарадея; R - газовая постоянная. К электродам 1-го рода относятся амальгамные электроды, т. к. для них восстановленная форма — амальгама металла, а окисленная — ионы этого же металла. Напр., для амальгамы таллия устанавливается равновесие: Tl⁺ + e(Hg)Tl(Hg). В такой системе могут изменяться концентрации и окисленной, и восстановленной форм, поэтому ур-ние Нернста имеет вид:

где a_тl, — термодинамич. активность таллия в амальгаме.
Электроды 2-го рода- системы из металла М, покрытого слоем его же труднорастворимой соли (или оксида) и погруженного в р-р, содержащий анионы этой соли (для оксида -ионы ОН

—). Окисленной формой является соль а восстановленная форма представлена металлом М и анионом A^z-:

гдеz — зарядовое число иона. В системе устанавливается равновесие между атомами М и анионами A^z-в р-ре, к-рое включает два «парциальных» равновесия: между металлом и катионом соли и между анионом соли в ее твердой фазе и анионом в р-ре. Такие электроды наз. обратимыми по аниону.
Ур-ние Нернста имеет вид:

К электродам 2-го рода относятся многие электроды сравнения, напр. каломельный, хлорсеребряный, оксидно-ртутный.
Электроды 3-го рода- системы из металла, контактирующего с двумя труднорастворимыми солями. В результате электрохим. р-ции на электроде менее растворимая соль превращается в более растворимую, а потенциал электрода определяется термодинамич. активностью катионов более растворимой соли. Так, в системе Рb

2+| РbС1₂, AgCl, процесс Ag происходит

Металл электрода может не участвовать в р-циях, а служить лишь передатчиком электронов от восстановленной формы в-ва к окисленной; такие электроды наз. окислительно-восстановительными или редокс-электродами. Напр., платиновый электрод в р-ре, содержащем ионы [Fe(CN)₆]^4- и [Fe(CN)₆]^3-, осуществляет перенос электронов между этими ионами в качестве передатчика (медиатора). Среди окислит.-восстановит. электродов выделяют газовые электроды, состоящие из химически инертного металла (обычно Pt), к к-рому подводится электрохимически активный газ (напр., Н

2 или С1₂). Молекулы газа адсорбируются на пов-сти металла, распадаясь на адсорбиров. атомы, к-рые непосредственно участвуют в переносе электронов через границу раздела фаз. Наиб. распространен водородный электрод,на пов-сти к-рого образуются адсорбир. атомы Н_адс и устанавливается равновесие: Н₂ 2Н_адс 2Н⁺ + 2е. Разл. типы электродов можно объединить в рамках т. наз. концепции электронного равновесия на границе металл-электролит, согласно к-рой каждому равновесному электродному потенциалу соответствует определенная термодинамич. активность электронов в электролите.
Электроды наз. идеально поляризуемым, если вследствие термодинамич. или кинетич. причин переход электронов через межфазную границу невозможен. При изменении потенциала такого электрода происходит только изменение строения двойного электрич. слоя, что сопровождается протеканием тока заряжения, спадающего до нуля, когда перестройка двойного электрич. слоя заканчивается (см. Ток обмена). Для неполяризуемых, или обратимых, электродов переход электронов через границу фаз, напротив, незаторможен, и при пропускании тока через такой электрод его потенциал практически не изменяется.
По функциям в электрохим. системе электроды подразделяют на рабочие, вспомогательные и электроды сравнения. Рабочим наз. электрод, на к-ром происходит исследуемый электрохим. процесс. Вспомогат. электрод (или противоэлектрод) обеспечивает возможность пропускания тока через электрохим. ячейку, а электрод сравнения — возможность измерения потенциала рабочего электрода. Специфика широко используемых в электрохимии жидких электродов (ртуть, амальгамы, галлий, жидкие сплавы на основе Ga -галламы, расплавы металлов и т.

п.) связана с идеальной гладкостью их пов-сти, истинная площадь к-рой совпадает с ее геом. величиной, а также с энергетич. однородностью и изотропностью св-в пов-сти электродов и возможностью растворения выделяющихся металлов в материале электрода.
На практике электроды классифицируют по хим. природе материала (металлические, неметаллические, оксидные, электроды из соед. с ковалентной связью, углеграфитовые и т.д.), форме (сферические, плоские, цилиндрические, дисковые и т. д.), условиям функционирования (неподвижные, вращающиеся и т. п.), размерам (микро- и ультрамикроэлектроды), пористости, гидрофильности, участию электродного материала в электродном процессе (расходуемые и нерасходуемые) и др. признакам. Использование капельного ртутного электрода лежит в основе полярографии. Вращающийся дисковый электрод представляет интерес как система, для к-рой существует строгое решение диффузионной кинетич. задачи. К особо практически важным электродам следует отнести каталитически активные и высоко коррозионностойкие оксидные рутениево-титановые аноды (ОРТА), применение к-рых революционизировало самое широкомасштабное электрохим. произ-во — электролитич. получение хлора и щелочей.

Модифицирование электроды, получившее широкое распространение в электрокатализе, произ-ве химических источников тока, электрохимических сенсоров и т. п., основано как на физических (ионная имплантация, разрыхление пов-сти, выращивание монокристаллич. граней, создание монокристаллич. структур, физ. адсорбция ионов и молекул и др.), так и хим. методах. В частности, химически модифицированные электроды представляют собой проводящий или полупроводниковый материал, покрытый мономолекулярными (в т. ч. субатомными), полимолекулярными, ионными, полимерными слоями, в результате чего электрод проявляет хим., электрохим. и/или оптич. св-ва слоя. Хим. модифицирование достигается хемосорбцией на пов-сти электрода ионов и молекул, ковалентным связыванием разл. агентов с поверхностными атомными группами, покрытием пов-сти орг., металлорг. или неорг. полимерными слоями, созданием композитов из электродного материала и в-ва -модификатора.

Микроэлектроды имеют по крайней мере один из размеров настолько малый, что св-ва электродов оказываются размерно зависимыми. Размеры микроэлектродов лсжат в интервале 0,1-50 мкм, миним. площадь составляет 10^-14 м² (ультрамикроэлектроды), тогда как в большинстве электроаналит. экспериментов применяют электроды с площадью 5 х 10

-5м², в лаб. электросинтезе — 10^-2 м². Осн. преимущество микроэлектродов — возможность снизить с их помощью диффузионные ограничения скорости электродного процесса и, следовательно, изучать кинетику очень быстрых электродных р-ций. Из-за малой величины токов электрохим. ячейки с микроэлектродами характеризуются незначительным омич. падением потенциала, что позволяет изучать системы с высокими концентрациями реагирующих частиц, обычно используемые в технол. процессах, применять высокие скорости сканирования потенциала при вольтамперометрич. измерениях, проводить работы в плохо проводящих средах и т. п. Микроэлектроды используют для анализа ультрамалых проб, исследования процессов в живых организмах, в клинич. целях. Ультрамикроэлектроды применяют в туннельной сканирующей микроскопии и в электрохим. нанотехнологии.
См. также Ионоселективные электроды, Псевдоожиженный электрод, Суспензионный электрод.

Лит.: Дамаскин Б.Б., Петрий О. А., Электрохимия, М., 1987; Багоцкий B.C., Основы электрохимии, М., 1988.

О.А. Петрий.

Что такое электроды сварочные

В процессе электродуговой сварки электрод служит проводником электрического тока непосредственно к предмету сварки. Электроды имеют довольно узкую специализацию, но, несмотря на это, типов и марок электродов насчитывается огромное множество. Электроды должны соответствовать некоторым условиям:

• дуга горения должна быть неизменной;
• образование качественного шва;
• определённый химический состав металла в сварном шве;
• покрытие и стержень электрода должны плавиться равномерно;
• при наименьшем уровне разбрызгивания металла электрода, должна поддерживаться высокая производительность сварки;
• лёгкость отделения образований шлака в результате сварке;
• сохранение химических, технологических и физических характеристик при дальнейшем хранении;
• минимальная токсичность при сварке;

Устройство электрода Для изготовления электродов применяют металлические стержни или сварочную проволоку, которые проводят электрический ток, их химический состав влияет на качество электродов. Непокрытыми называют электроды, которые состоят лишь из металлического стрежня или проволоки. И наоборот покрытыми называют электроды, которые покрывают специальным составом, который предназначен для улучшения качества сварки. Покрытие бывает следующих типов: основное, целлюлозное, рутиловое, кислое, смешанное, которые в свою очередь делятся на два вида: ионизирующее, для тонкопокрытых электродов, и защитное для толстопокрытых. Стоит заметить, что качество сварки выше при использовании электродов с защитным покрытием, так как при использовании электродов с ионизирующим покрытием, сварной шов подвержен окислению и азотированию. От типа покрытия зависит множество факторов, напрямую влияющих на уровень качества сварки, вероятность появления трещин на шве, уровень содержания водорода в металле, вероятность порообразования, а также производительность сварки.

Применение электродов с кислым покрытием препятствует образованию пор в сварном шве. Единственным минусом при такой сварке является возможность появления на шве горячих трещин. Основное покрытие представляет собой образование карбонатов и фтористых соединений. Металл на шве характеризуется высокой степенью ударной вязкости, что обусловлено низким уровнем содержания вредных примесей, газов и неметаллических включений, а также применению данного вида сварки свойственна высокая устойчивость к образованию горячих трещин. Однако и у этого вида покрытия есть свои недостатки: высокая чувствительность порообразования в шве при увлажнении покрытия, а также в случае удлинения дуги.

Главным преимуществом рутилового покрытия является то, что при минимальном разбрызгивании металла образуется качественный шов. Но ударная вязкость и пластичность, в отличие от основного покрытия, намного ниже, что обусловлено наличием включений оксида кремния. Целлюлозный тип покрытия включает в себя большое количество органических компонентов (до 50%). С применением односторонней сварки на весу можно добиться получения равномерного обратного шовного валика. Большим минусом сварки целлюлозными электродами является повышенное содержание в полученном металле водорода.

5 типов электродов, которые должен знать каждый сварщик

Понятие флюс во многих видах сварочного производства – ключевое, потому как при сгорании он продуцирует появление газовой атмосферы, которая обеспечивает требуемую защиту сварочной ванны. В ЭШС флюс по спец.каналу подается в зону сварки и имеет вид сыпучего порошкообразного вещества, в РДС на электрод наносится обмазка в качестве наружного покрытия, а в приобретающей в последние годы все большую популярность полуавтоматической сварке он помещен внутрь проволоки (FCAW), которая выглядит, как трубка с сердечником из порошка.

Какие главные задачи положены на флюсовую защиту во время сварки?
• Удаление вредоносных элементов из металла сварочной ванны
• С ее помощью образуется шлак, который всплывает наверх и впоследствии легко удаляется шлакоотбойным молотком
• Она препятствует негативному влиянию кислорода и защищает как деталь, так и присадку
• С помощью флюса можно производить улучшение при помощи дополнительного легирования.

Сварочные электроды нужно оберегать от любого мех.воздействия, так как даже слабый удар или неаккуратное обращение может привести к повреждению покрытия, что в свою очередь провоцирует появление дефектов в сварном шве: поры или пористость, подрезы, непровар и т.д. Далее приведены типы обмазок, которые обычно применяют в бытовых/коммерческих/промышленных сварочных операциях.

Целлюлозные электроды

Целлюлозная обмазка, которую получают из различной органики (в 90% случаев древесная мука), позволяет получать тонкий электрод, с помощью которого довольно легко выгоняется шлак. При сгорании целлюлоза выделяет водород и углекислоту (СО2), которая и выступает в роли защитной атмосферы. Сварочный ток – DC, однако, при добавлении некоторых стабилизирующих добавок в покрытие электроды можно жечь и при AC токе.
Применяются для позиционной сварки, особенно хороши при прохождении вертикальных швов.

Рутиловые электроды

Как известно, рутил – это минерал, представляющий собой диоксид титана ТiO2 и содержащий примеси Fe и другие: олово, ниобий, танатал. ТiO2 дает кислый шлак и защищает от наводораживания, образования оксидов азота и графитизации углерода. Все это дает возможность кристаллизовать прочные швы с высокими мех.свойствами. Добавление в незначительном количестве целлюлозы в покрытие позволяет увеличить количество газа, что также может положительно сказываться на КПД труда.

 «Кислый» электрод

Такой тип обмазки содержит оксиды железа и марганца, силикаты, которые образуют кислый шлак. Такими электродами работают как на токе АС/DC. Однако, сварочная ванна все еще недостаточно защищена от влияния кислорода, что может привести к формированию швов с низкими мех. показателями. Добавление раскислителей позволяет улучшить жидкотекучесть и способствует выводу шлака.
Также применяются для позиционной сварки.

Базовые электроды

Обмазка содержит СаСО3 и MgCO3, фториды кальция и др. минералы. Эти электроды необходимо хранить только в сухих проветриваемых помещениях или в плотно запечатанной полиэтиленовой упаковке. Перед применением рекомендуется сушка в электропечи или прокалка. Образуют основной шлак и прочные швы. Применяются для особоответственных конструкций, испытывающих большие нагрузки или температурное воздействие ( резкий нагрев, охлаждение). Газовый щит состоит в основном из углекислоты с малым содержанием Н и О2. Получают швы не склонные к водородному разрушению, что делает эти электроды пригодными для сварки высокопрочных, слаболегированных и углеродистых сталей с содержанием С до 0,3%.

Электрод из порошкового железа

Содержит в своем покрытии до 50% Fe, что позволяет улучшить эффективность сварки и лучше управляться с шлаком

Сварочные электроды МОНОЛИТ: РЦ, МР-3 АРС, УОНИ-13/55 ПЛАЗМА —

Сварочные электроды МОНОЛИТ РЦ

Назначение и область применения

Электроды МОНОЛИТ РЦ являются универсальными и подходят как для промышленного применения, так и для использования в быту. Основное предназначение изделий – это ручная дуговая сварка на переменном и постоянном токе. Использовать электроды можно в любых пространственных положениях (исключением является положение «сверху-вниз» при диаметре электрода 5.0 мм). Работать можно с ответственными и рядовыми конструкциями из низкоуглеродистой стали, стандартов ДСТУ 2651/ГОСТ 380 (Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3 всех групп А, Б, В и всех степеней раскисления – “КП”, “ПС”, “СП”) и ГОСТ 1050 (05кп, 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп, 15пс, 15, 20кп, 20пс, 20).

Условия применения

Электрод имеет коэффициент наплавки равный 8.5-9.5 г/А.ч. При этом расход на один килограмм наплавляемого металла составит 1.75 кг электродов.

МОНОЛИТ РЦ – это электроды, которые подходят для работы с угловыми, стыковыми и нахлесточными соединениями. Толщина металла может быть от 3-х до 20-ти мм.

Особенность электродов в том, что они не требуют тщательной подготовки поверхности. Им не страшны ржавчина и загрязнения.

Выполнение монтажной сварки допускает работу в разных пространственных положениях. Необходимости менять сварочный ток не возникает. Для сварки вертикальных швов методом «сверху-вниз» необходимо опирание или использование короткой дуги. Во время сварки шлак не должен затекать впереди дуги. Чтобы этого не допускать следует контролировать угол подъема (оптимальное положение 40–70 градусов). Если это нижнее положение, то электрод следует наклонять по направлению сварки на 20–40 градусов.

Химический состав наплавленного металла, %

Mn	Si	C	P	S
0,40-0,65	0,15-0,40	не более
		0,11	0,035	0,030

Механические свойства металла ШВА

Временное сопротивление, Н/мм2	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость,Дж/см2
≥450	≥22	≥78

Особые свойства

Отличительная особенность продукции МОНОЛИТ РЦ в невысокой интенсивности образования аэрозоля и марганца при сварке. Благодаря этому товар выгодно отличается от электродов других марок. Достигнуть такого результата разработчикам удалось за счет правильного подбора сырья и тщательного контроля над технологическим и производственным процессом.

Высокие показатели качества не раз были отмечены ведущими научными институтами страны. Именно электроды МОНОЛИТ РЦ вырабатывают на 30 % меньше марганца и на 28 % меньше вредных веществ в аэрозоле.

Продукция МОНОЛИТ РЦ обеспечивает легкое начальное и повторное зажигание, а также стабильное и мягкое горения дуги. При использовании электродов данной марки удается снизить потери металла в результате разбрызгивания. Удается достичь великолепного качества шва, равномерного плавления покрытия и хорошей отделимости корки шлака.

При использовании электродов МОНОЛИТ РЦ проводить сварку можно даже на предельно-низких токах. Если речь идет об использовании изделий небольшого диаметра, то для них источником питания способна стать обычная бытовая сеть.

Обращаться с электродами очень просто. Работать с ними смогут даже молодые специалисты.

При сгибании электрода не происходит разлома обмазки. По этой причине их удобно применять для сварки в труднодоступных местах.

Изделия допускается использовать при соединении металла с окрашенными, масляными и окисленными поверхностями.

Режимы сварки

Сила сварочного тока (А), для электрода диаметром, мм
2,0	2,5	3,0	3,2	4,0	5,0
40-80	50-90	70-110	80-120	110-170	150-220

Для сварки допускается использование постоянного тока любой полярности (желательная полярность электрода обратная «+», либо переменный ток трансформатора при напряжении холостого хода более 50 В. )

Упаковочные данные

Диаметр, мм	Длина, мм	Количество электродов в пачке, шт.	Вес пачки, кг
2,00	300	50-54; 99-108	0,5; 1
2,50	350	27-28; 53-56; 133-140	0,5; 1; 2,5
3,00	350	18-19; 35-37; 89-93	0,5; 1; 2,5
3,20	350	16; 32; 78-81	0,5; 1; 2,5
4,00	450	8; 16-17; 40-41; 81-83	0,5; 1; 2,5; 5
5,00	450	53-54	5

Аналоги

Производитель	Марка электродов
ESAB	OK 46. 00
Oerlikon	Overcord, Overcord Z

Прокалка перед сваркой

Если электроды хранились при нормальных условиях, то перед эксплуатацией прокалка не потребуется. Но если было допущено увлажнение, то необходима предварительная сушка в течение 25-30 минут при температуре порядка 110-ти градусов.

Положение швов при сварке

Сварочные электроды МР-3 АРС

Вид покрытия – рутиловое

AWS A 5.1:E 6013

ISO 2560-А- E 38 0 R 12

ГОСТ 9466

Э 46 –МР-3 АРС- Ø — УД Е 432 (3) Р21

 

ТУ У 28. 7-34142621-007:2012-09-14

Назначение

Использовать изделия марки МР-3 АРС можно для дуговой ручной сварки стали марок по ДСТУ 2651/ГОСТ 380-2005 (Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3), имеющих любые степени раскисления.

Условия применения

Коэффициент наплавки электродов составляет 8.0-9.0 г/А.ч. А расход на один килограмм наплавления равен 1.7 кг.

Использовать продукцию можно для создания нахлесточных, стыковых и угловых соединений. Толщина металла допускается от 3-х до 20-ти мм. Данная марка электродов толщиной от 2.5 до 4.0 мм подходит для сварки в любых пространственных положениях. Диаметр в 5.0 мм идеально подходит для вертикального положения «снизу-вверх», для горизонтального на вертикальной плоскости и для нижнего положения.

Электроды МР-3 АРС требуют постоянного тока любой полярности, либо же переменного тока трансформатора, имеющего холостой ход более 50 В.

Химический состав наплавленного металла, %

Mn	C	Si	P	S
0,40-0,70	не более
	0,10	0,15-0,35	0,030	0,030

Механические свойства металла шва

Временное сопротивление, Н/мм2	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см2
≥450	≥22	≥78

Особые свойства

• При использовании изделий обеспечивается простое перекрытие зазоров;
• МР-3 АРС – это легкость выполнения работ и повторного разжигания дуги, а также превосходные сварочно-технологические свойства;
• Великолепный внешний вид швов;
• Лёгкое отделение слоя шлака;
• Возможность удлинять дугу для обработки окисленных поверхностей;
• Соответствие всем санитарно-гигиеническим нормам.

Сварочные данные

Сила сварочного тока, А, для электрода диаметром, мм
2,5	3,0	3,2	4,0	5,0
50-90	70-110	80-120	110-170	150-220

Упаковочные данные

Диаметр, мм	Длина, мм	Вес электрода, г	Количество электродов в пачке, шт.	Вес пачки, кг
2,50	350	17-18	55-58; 139-147	1; 2,5
3,00	350	25-26	38-40; 96-100	1; 2,5
3,20	350	30-31	32-33; 80-83	1; 2,5
4,00	450	58-59	42-43; 84-86	2,5; 5
5,00	450	91-92	27; 54	2,5; 5

Аналоги

Производитель	Марка электродов
ЛЭЗ	МР-3С, АНО-4
СпецЭлектрод	МР-3С, АНО-4
Thyssen	Phoenix SH Gelb R

Прокалка перед сваркой

В тех случаях, когда электроды хранились в нормальных условиях, предварительная прокалка не потребуется. Если же было допущено увлажнение, то электроды нуждаются в сушке при температуре порядка 150 градусов на протяжении 40-60 минут.

Положение швов при сварке

Сертификация

УкрСЕПРО, СтБ, ГОСТ Р

Сварочные электроды УОНИ-13/55 ПЛАЗМА

Вид покрытия – основное с железным порошком

WS A 5.1:E 7018

ISO 2560-А-E 42 4 В 42 Н 5

ГОСТ 9466

Э 50А –   УОНИ-13/55 ПЛАЗМА – Ø – УД Е 51 5 — БЖ 26

ТУ У 28.7-34142621-001:2008

Назначение и область применения

УОНИ-13/55 ПЛАЗМА – это высококачественные электроды, которые могут использоваться для сварочных работ в любых пространственных положениях. Они подходят для трубопроводов и ответственных конструкций. Обрабатывать можно изделия из низколегированных и углеродистых сталей, имеющих предел прочности 500-640 МПа. Электроды становятся идеальным вариантом в тех случаях, когда необходима стойкость соединений против горячих трещин. Чаще всего изделия используются в судоремонте, судостроении, мостостроении и для изготовления сосудов устойчивых к повышенному давлению.

Условия применения

Электроды имеют коэффициент наплавки равный 10.5-11.5 г/А.ч. Расход на один килограмм наплавляемого металла составляет 1.58 кг. Максимальная производительность может достигать 115 %. Изделия, имеющие диаметр от 2.0 до 4.0 мм, могут использоваться для сварки во всех пространственных положениях, за исключением вертикального «сверху-вниз». В свою очередь, изделия диаметром 5.0 мм подойдут для горизонтального положения на вертикальной площадке, для нижнего и для вертикального положения «снизу-вверх».

Химический состав наплавленного металла, %

Mn	Si	C	P	S
1,10-1,50	0,40-0,70	не более
		0,09	0,030	0,020

Механические свойства металла шва

Временное сопротивление, Н/мм2	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, Дж/см2
500-640	≥26	≥180

Дополнительные сведения

УОНИ-13/55 ПЛАЗМА – это электроды, которые обеспечивают повышенную прочность швов, низкое содержание водорода и особую чистоту. Благодаря возможности задействовать переменный ток полностью исключается магнитное дутье. Плазма позволяет создать стабильное горение дуги и аккуратное формирование швов.

В обмазку электродов УОНИ-13/55 ПЛАЗМА добавлен железный порошок. Благодаря этому эффективность возрастает на 20 %. Использование изделий обеспечивает ряд важных преимуществ:

• Компенсацию потерь металла на разбрызгивании и выгорании;
• Уменьшение расхода электродов до 15 %;
• Повышение производительности на 10 %;
• Шлак не попадает в сварочную ванну, формируется мелкочешуйчатый шов, а удаляется появившаяся шлаковая корка очень просто.

Упаковочные данные

Диаметр, мм	Длина, мм	Количество электродов в пачке, шт.	Вес пачки, кг
2,5	350	104-113; 208-226	2,5; 5
3,0	350	74-81; 147-158	2,5; 5
3,2	350	68-71; 136-142	1; 2,5
4,0	450	71-74	5
5,0	450	47-50	5

Аналоги

Производитель	Марка электродов
ESAB	OK 48. 00, OK 48.05
Lincoln Electric	Basic One
ELGA	P48S

Прокалка перед сваркой

Прокалка на протяжении одно часа при температуре 380-420 градусов потребуется только при наличии влаги.

Положение швов при сварке

Электроды с низким содержанием диффузионного водорода

Электроды с низким содержанием диффузионного водорода: история и рекомендации
Авторы: инструктор Школы сварки Линкольн Электрик Джозеф Коласа и Джозеф Марлин, менеджер по сварочным электродам

 

Достижения в области металлургии привели к появлению штучных электродов для дуговой сварки, которые впервые стали применяться для сварки на судоверфях во время Первой Мировой войны. По мере того, как в цехах и в монтажных условиях стали использовать все более сложные рабочие процедуры, во многих связанных со сваркой отраслях возникла потребность в надежных электродах, способных обеспечить низкое содержание диффузионного водорода в наплавленном металле.

В результате на рынке появилась отдельная категория «низководородных» сварочных электродов. Эти универсальные электроды стали предпочтительным выбором для множества задач и быстро получили широкое распространение в промышленности. Они идеально подходят для применения там, где основной металл подвержен растрескиванию, где предполагается сварка секций большой толщины или где основной металл имеет повышенное содержание легирующих элементов, как, например, высокоуглеродистая и низколегированная сталь. 

 

Сварочные электроды имеют токопроводящий сердечник, который в большинстве случаев производится из стали. Через этот сердечник сварочный ток проходит от электрододержателя к рабочему изделию. При этом он плавится и становится наплавленным металлом. В ходе производства на сердечник методом экструзии наносится химическое покрытие, которое во время сварки образует слой флюса. После этого электроды проходят сушку при заданных параметрах. Это позволяет снизить содержание влаги до такого уровня, чтобы покрытие электрода смогло оптимальным образом выполнить свою функцию — испариться и образовать защитный газ и слой флюса для защиты сварочной ванны от контакта с азотом, водородом и кислородом. Состав покрытия электрода также позволяет контролировать легирование и свойства наплавленного металла. Сегодня предлагается множество электродов для ручной дуговой сварки с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле. Например, к ним относятся серии EXX15, EXX16, EXX18, EXX18-X, EXX28 и EXX48. Их применение часто требуется в тех случаях, когда необходимо сократить вероятность водородного растрескивания при ручной дуговой сварке. Такие электроды рекомендуются для трех широких сфер применения: • для трудносвариваемых сталей: низколегированных, высокоуглеродистых, высокосернистых и других подверженных образованию трещин сталей; • случаи, когда того требуют применимые кодексы; • для высокопроизводительной сварки толстопрофильных материалов в сложных пространственных положениях.

Свойства электродов 
Низководородные электроды могут иметь повышенную производительность наплавки или быстрое застывание (для сварки в сложных пространственных положениях) и способны обеспечить надежность соединений, соответствие требованиям рентгенографического контроля и высокую ударную вязкость и жидкотекучесть.

 

Некоторые водороды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле имеют в классификации AWS суффикс -1. Этот суффикс означает, что данный электрод отвечает требованиям по повышенным прочностным характеристикам. 

Сварочные материалы также могут иметь дополнительный идентификатор содержания диффузионного водорода. Этим идентификатором могут быть h5, H8 и h26. «H» и соответствующий номер обозначают миллилитры диффузионного водорода на 100 грамм наплавленного металла. Например, идентификатор h5 означает 4 мл диффузионного водорода на 100 грамм наплавленного металла.

Идентификатор «R» указывает на то, что электрод имеет влагоустойчивое покрытие. Чтобы получить такой индентификатор, после извлечения из упаковки или повторного прокаливания электроды в течение 9 часов подвергаются воздействию температуры 27°C при относительной влажности 80%. Содержание влаги после этой процедуры не должно превышать 0,4% по весу. Даже небольшое превышение этого порога может привести к появлению пористости и других дефектов.

Хотя электроды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле лучше всего подходят для сварки на постоянном токе обратной полярности (особенно при диаметре 0,4 мм или меньше), они также пригодны для сварки на переменном токе. Более того, некоторые электроды серии EXX18, например, Excalibur® 7018 от компании Линкольн Электрик, предназначены специально для сварки на переменном токе.

Самые распространенные электроды
Электроды с низким содержанием диффузионного водорода — это самый распространенный вид сварочных материалов в таких отраслях, как энергетика, общее производство, судостроение, трудносвариваемые стали, сварка в сложных пространственных положениях и трубопроводы (по ASME на подъем).

В частности, самые популярные электроды E7018 имеют некоторые особенности, которые отличают их от всех остальных серий. Они хорошо подходят для сварки в сложных пространственных положениях за исключением сварки на спуск и имеют высокое содержание железного порошка, что позволяет получить стабильную и тихую дугу с низким уровнем разбрызгивания, средней глубиной проплавления и высокой производительностью наплавки. E7018 образует достаточно много шлака, который легко удалить.

Этот класс электродов также хорошо подходит для сварки соединений в высокоуглеродистой или низколегированной стали с высокими механическими характеристиками. Универсальность электродов E7018 делает их хорошим выбором для многих задач.

Техника сварки и частые проблемы
Успешность применения электродов E7018 с требованиями рентгеновского контроля и обеспечением низкого содержания диффузионного водорода в наплавленном металле во многом зависит от техники сварки. Самыми частыми дефектами при этом являются порообразование и растрескивание.

 

Какое-то время после установления дуги ее нужно сохранять очень короткой, потому что длинная дуга увеличивает вероятность появления пористости на этапе поджига. Поэтому между электродом и рабочим изделием не должно быть большого зазора. Длинная дуга потенциально может привести к проблемам с образованием шлака и появлению механических дефектов. Большая длина дуги — это самая частая причина пористости при ручной дуговой сварке низководородными электродами. Большинство сварщиков привыкло касаться электродом рабочей поверхности, поднимать его и затем опять опускать ниже. Если дуга становится длинной, возрастает фактическое напряжение, из-за чего дуга становится горячее и возрастает расстояние между сварочной ванной и электродом. Если слишком далеко отодвинуть электрод от соединения, шлак не сможет обеспечить достаточную защиту зоны сварки. Из-за прорех в облаке защитного газа материал может преждевременно плавиться до образования шлака. Перед сваркой нужно проверить настройки сварочного аппарата. Флюс имеет несколько важных функций, одной из которых является защита сварного соединения. Но при слишком высокой силе тока происходит преждевременное разрушение покрытия, которое приводит к дефектам соединения. Также избегайте слишком высокого значения функции Горячий старт — это тоже может привести к удлинению дуги, преждевременному сгоранию покрытия электрода и, как следствие, недостаточной газовой защите и появлению пористости. Можно запомнить простое правило: для электродов с низким содержанием диффузионного водорода каждая тысячная дюйма диаметра электрода соответствует одному амперу, например, ¼» = 0,25 = 250 ампер, ⅛» = 0,125 = 125 ампер). Далее, не делайте «копательных» движений электродом. Хотя существуют электроды, для которых это возможно, низководородные электроды лучше подходят для сварки с постоянным отставанием электрода под углом 5-10 градусов. Старайтесь поддерживать угол постоянным. Слишком большой угол отставания приведет к образованию «козырька» — неравномерному сгоранию покрытия электрода, из-за чего в соединение может попасть крупный фрагмент покрытия. Во время второго прохода примените технику сварки с поперечными колебаниями или с валиками. В первом случае делайте поперечные колебания в виде горизонтальной восьмерки. Также следите за шириной шва. Чтобы получить максимальную общую ширину, старайтесь ограничить ширину каждого прохода 2 сантиметрами. При сварке валиками «нарисуйте» букву I и продолжите прямолинейное движение.

Еще важно помнить, что электроды приходится часто менять. Каждого электрода хватает лишь на определенную длину соединения, после чего работу придется прервать. Помните, что неправильный повторный поджиг дуги может привести к различными проблемам.

 

Одна из самых частых — это слишком вертикальное положение электрода, которое приводит к образованию козырька или удлинению дуги. Многие сварщики начинают сварку слишком высоко и проводят электродом по кратеру. Чтобы избежать этого, при повторном поджиге расположите электрод на высоте 6-12 мм от рабочего изделия или предыдущего шва.

Представьте, что у Вас есть пластина 20 см и шов 7 см. Многие сварщики установили бы дугу в конце предшествующего шва и затем провели электрод в краю пластины. Вместо этого, чтобы соединение получилось как можно ровнее, лучше начать в 6-12 мм до кратера. Электрод нужно направлять прямо в соединение под углом не больше 5-10 градусов.

Иногда приходится прервать сварку еще неизрасходованным электродом и затем продолжить работу. Вероятно, что при этом кончик электрода успеет затвердеть, а покрытие станет жестким и ломким. Большинство операторов в таком случае вставляют электрод в электрододержатель и стучат им по поверхности, как молотком. Этого делать не нужно, потому что так можно отломить часть покрытия электрода, что скажется на образовании шлака и может привести к смещениям и растрескиванию металла шва.

Вместо этого отсоедините электрод и с силой потрите его о поверхность сварочного стола. Не стучите им. Нужно, чтобы после трения на кончике проступил сердечник электрода — это позволит установить хороший электрический контакт и обеспечить хорошую газовую защиту.

Кроме того, чтобы после вскрытия упаковки электроды не накапливали влагу, их нужно хранить в подходящих условиях. Электроды с низким содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле можно подвергнуть прокалке для удаления влаги. Рекомендуемые параметры для этой процедуры можно узнать у производителя электродов.

Таким образом, чтобы обеспечить высокое качество РДС, особенно с применением электродов с пониженным содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле, нужно знать соответствующую технику сварки. Понимание того, как работают эти электроды, и изучение методов высококачественной сварки полностью себя окупят за счет надежных сварных швов и отсутствия проблем с пористостью.

электроды, сварочное оборудование, газорезка металлов в Красноярске и Новосибирске

Электроды рутиловые Hyundai S-347. 16

Тип покрытия: Рутиловый, Рутил-кислый

Используется для сварки коррозионно-стойких сталей, типа 321,347.

S-347.16 это покрытый электрод рутилового типа с отличными сварочно-техническими свойствами для всепозиционной  сварки.

Наплавленный металл имеет высокие механические свойства при высоких  температурах, отлично подходит для сварки деталей и конструкций, работающих при высокой температуре. Металл шва имеет аустенитную структуру и стабилизирован Nb.

• Перед использованием необходима прокалка электродов  при 350°С в течении 60 мин.
  
• Сварку рекомендуется производить короткой дугой.
  
• Убедитесь, что свариваемые кромки тщательно зачищены от любого загрязнения.
  

 

Положение сварки	Ток
1G(PA)   2F(PB)   3G(PF)   4G(PE)	AC, DC+

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo
0,02	0,75	0,82	0,027	0,014	18,5	9,8	0,36

Предел прочности, МПа	EL %
603	42,4

 

Сертификаты	Упаковка
KR, ABS, LR, BV, DNV, NK, CWB, TÜV,CE, DB, CCS (S-316L. 16N) ABS (S-316L.17)	Упаковка 2,5 кг Коробка 2.5кг ×4:10 кг

Диаметр, мм	2,0	2,6	3,2	4,0	5,0
Длина, мм	300	300	350	350	350
F	25~55	50~85	70~115	95~150	135~180
V-up, OH	20~50	45~80	65~110	85~135	—

 

 

 

Как выбрать электроды для сварки

03. 08.2019

Когда дело доходит до сварки, выбор оборудования может быть невероятно широк. Знание того, какой именно затемняющий шлем покупать, какое защитное снаряжение будет наиболее безопасным, или даже какой металл использовать, — это все то, что нужно знать перед началом работ.

Новичкам действительно нужно учитывать только несколько основных факторов, но как только вы встанете на ноги и начнете работать и приобретете больше опыта, вам нужно будет понять более глубоко принцип работы элементов вашего оборудования.

Возможность различать типы сварочных электродов (прутков) — и знание их сильных и слабых сторон и наилучшего применения — это только одна из тех особенностей, которые оказывают огромное влияние на прочность и качество ваших сварных швов. Специалисты smsm.ru ответят на любые ваши вопросы и помогут приобрести электроды для сварки.

Что такое сварочный электрод?

Сварочный электрод — это кусок проволоки, соединенный со сварочным аппаратом. Через эту проволоку пропускается ток, который помогает прочно соединить два куска металла.

В некоторых случаях, а именно сварочных аппаратах SMAW и т.п. проволока фактически расплавляется, становясь частью самого сварного шва. Эти сварочные прутки называются расходными электродами. Для сварки TIG (ручная сварка неплавящимися вольфрамовыми электродами в среде защитного газа аргона) сварочные прутки не плавятся, поэтому они называются неплавящимися электродами.

В рамках обеих этих групп существует множество различных вариантов и типов, которые будут более подробно рассмотрены ниже.

Сварочные прутки обычно имеют покрытие, хотя материалы, из которых они состоят, могут сильно отличаться. Также доступны незащищенные электроды (изготовленные без каких-либо дополнительных покрытий), хотя они встречаются гораздо реже. Они используются для определенных специальных работ, например, для сварки марганцевой стали.

Как выбрать электроды для сварки?

Важно выбрать подходящий тип сварочного прутка, чтобы создать чистые и прочные сварные швы высшего качества. Выбор электрода определяется требованиями сварочных работ. К ним относятся:

• Прочность при разрыве
• Вязкость
• Коррозионная стойкость
• Цветной металл
• Положение сварки
• Полярность
• Длительность работы
• Расходные электроды.

Оскар Кьельберг изобрел первый в мире сварочный электрод с покрытием в 1904 году, погрузив голую проволоку в смесь карбонатов (включая целлюлозу) и силикатов в качестве связующего.

В то время как металлургический прогресс, состав покрытия электродов и технологии производства сохраняются по сей день, фундаментальные принципы электродуговой сварки (ЭДСП), также известной как стержневая сварка, остаются неизменными. Покрытие электродов обеспечивает:

• Дуговая защита при разложении карбоната кальция (CaCO3) в покрытии до CaO и CO2 под воздействием дугового тепла.
• Основной источник шлаковой системы, поддерживающей сварочную лужу и способствующей удалению примесей из сварочного шва расплавленного металла.
• Устойчивость дуги к таким элементам, как натрий и калий.
• Первичный источник легирования и дополнительного наполнителя металла.

Как упоминалось ранее, в ручной сварке обычно используют сварочные прутки, которые здесь будут называться расходными электродами. К ним относятся электроды с легким покрытием, а также электроды с экранированной дугой или с толстым покрытием.

Классификации сварочных электродов

Для начала, глядя на классификацию сварочной проволоки, вы уже можете сказать достаточно много о типе используемого электрода. Первые две цифры относятся к прочности на растяжение или к тому, какое напряжение может выдержать сварочный шов. Чем больше число, тем сильнее электрод.

Третья цифра указывает на то, в каких положениях может использоваться сварочная проволока. Например, цифра «1» означает, что электрод является полнопозиционным.

Последнее число немного сложнее. В сварке SMAW используются электроды, покрытые различными химическими веществами, которые защищают соединения во время сварки. Последняя цифра в классификации используется для обозначения покрытий, которые были использованы на электродах, и, таким образом, какой ток должен использоваться.

Как следует из названия, электроды с легким покрытием  обрабатываются тонким слоем, который был нанесен кистью или с помощью распыления. Обычно он состоит из нескольких различных материалов, которые, скорее всего, будут похожи на металлы, которые вы свариваете вместе.

Дуговые потоки, создаваемые при использовании голых стержней, трудно контролировать, поэтому, если ваша работа позволяет, отдайте предпочтение использованию электрода с ламинированным покрытием, которое повысит стабильность дуги. Это сделает вашу работу быстрее и проще.

Однако это не единственная цель легкого нанесения покрытия на сварочные прутки. Другие преимущества использования электродов с тонким покрытием заключаются в том, что примеси, такие как оксиды и сера, уменьшаются (или полностью исключаются), капли металла в конце сварочной проволоки более равномерны по размеру и частоте, что означает, что ваши швы получатся более гладкими и аккуратными, и образуют только тонкий слой шлака.

Экранированные дуговые электроды аналогичны электродам со легким покрытием, за исключением того, что они имеют толстое покрытие. Благодаря своей более жесткой и прочной конструкции, они лучше подходят для сварки чугуна.

Существует три различных типа покрытий, наносимых на экранированные дуговые электроды, каждый из которых имеет свои результаты в процессе сварки. Во-первых, это электрогды с покрытиями, содержащими целлюлозу, в которых для защиты зоны сварки используется слой газа.

Целлюлозный

Покрытие на целлюлозном электроде содержит до 30% и более древесной муки. Покрытие относительно тонкое (от 12 до 15 процентов диаметра электрода) и образует тонкий, легко снимаемый, быстро замерзающий шлак, пригодный для сварки в любом положении, включая вертикально вверх и вертикально вниз.

Целлюлозные электроды обеспечивают выкапывание/привод дуги с глубоким проникновением. Сварочная лужа хорошо впитывается и распространяется, обладает отличными механическими свойствами и имеет характерные пульсации.

К целлюлозным электродам относятся E6010, E7010 и E6011, которые обычно используются для труб, барж, ремонта ферм, технического обслуживания и очистки грязных листов. Во-вторых, покрытия второго типа включают минеральные вещества, которые образуют слой шлака.

Рутиловый

Рутил — это минерал, состоящий в основном из диоксида титана. Рутиловые электроды, такие как электроды из нержавеющей стали классов E6013, E7014 и XXX-16, обеспечивают мягкую дугу с более легким проникновением, чем целлюлозные электроды.

Шлак легко поддается контролю, дуга легко воспламеняется и ударяется, что повышает аккуратность сварки. Обычно они используются в общем производстве, где не требуются механические свойства критических сварных швов.

Третий тип покрытия на экранированных дуговых электродах состоит из комбинации целлюлозы и минералов.

Базовый

Основные электроды имеют дугу со средним проникновением и отличными механическими свойствами. Покрытие выполнено из низководородного железосодержащего порошка, TiO2, CaCO3 и CaF2 (фтористый кальций). Покрытие имеет среднюю толщину, а добавление железного порошка увеличивает осаждение.

Он относительно быстро замерзает, что позволяет выполнять сварку плоским, горизонтальным, вертикальным и верхним слоем вверх. Основные электроды, такие как E7018, используются для сварных швов в металлоконструкциях, мостах, судах и морских нефтегазовых установках, где важны механические свойства.

Экранированные дуговые электроды, образующие слой газа, идеально подходят, поскольку они выступают в качестве высокоэффективного защитного барьера, создающего прочные сварные швы. Сварочная ванна должна быть защищена от определенных атмосферных газов (а именно кислорода и азота), которые воздействуют на сварные швы и делают их слабыми, пористыми и хрупкими.

Такая защита может быть обеспечена либо с помощью сварочного прутка с покрытием, либо с помощью струи газа, способной оградить сварочную ванну от воздуха (как написано в описании экранированных дуговых электродов с целлюлозным покрытием).

Как и электроды с легким покрытием, экранированные дуговые электроды уменьшают содержание оксидов, серы и других примесей в металле, оставляя чистые, гладкие, обычные сварочные швы. Кроме того, сварочные дуги, создаваемые этими сварочными прутьями, гораздо проще контролировать, чем голые электроды, которые могут вызвать большое количество брызг.

Выбор дугового электрода с минеральным покрытием, который образует шлак, может показаться не разумным, но, на самом деле, этот шлак может оказать положительное воздействие.

Он охлаждается медленно — намного медленнее, чем экранированные дуговые электроды с целлюлозным покрытием, — всасывая примеси на поверхность. В результате вы получите высококачественные, прочные, долговечные и чистые сварные швы.

Итог

Правильный выбор сварочного прутка — это гораздо больше, чем кажется на первый взгляд. Важно овладеть искусством работы с четырьмя основными и наиболее распространенными сварочными прутьями (7018, 6013, 6011 и 6010), так как это значительно облегчит понимание принципов и свойств других. Специалисты smsm.ru помогут вам с выбором нужного электрода.

Стандартные электроды — Chemistry LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Как устроен электрод?
   1. Какие процессы идут?
   2. Из чего сделан электрод?
2. Примеры электродов
3. Стандартный водородный электрод
   1. Из чего состоит SHE?
   2. Что происходит в этом процессе?
4. Трехэлектродная система
5. Ссылки
6. Проблемы
7. Участники и атрибуты

Электрод по определению — это точка, где ток входит и выходит из электролита.Когда ток покидает электроды, он известен как катод, а когда ток входит, он известен как анод. Электроды — жизненно важные компоненты электрохимических ячеек. Они переносят образовавшиеся электроны из одной полуячейки в другую, производя электрический заряд. Этот заряд основан на стандартной электродной системе (SHE) с опорным потенциалом 0 вольт и служит средой для любого расчета потенциала ячейки.

Каков механизм электрода?

Какие процессы идут?

Электрод — это металл, поверхность которого служит местом, где устанавливается окислительно-восстановительное равновесие между металлом и тем, что находится в растворе.Электрод может быть анодом или катодом. Анод получает ток или электроны от смеси электролитов, тем самым окисляясь. Когда атомы или молекулы подходят достаточно близко к поверхности электрода, раствор, в который помещен электрод, отдает электроны. Это заставляет атомы / молекулы становиться положительными ионами.

С катодом происходит обратное. Здесь электроны высвобождаются из электрода, и раствор вокруг него уменьшается.

Из чего сделан электрод?

Электрод должен быть хорошим проводником, поэтому обычно это металл. Теперь, из чего сделан этот металл, зависит от того, участвует ли он в реакции или нет. Для некоторых реакций требуется инертный электрод, который не участвует. Примером этого может быть платина в реакции SHE (описанной ниже). В то время как другие реакции используют твердые формы реагентов, превращая их в электроды. Примером этого типа ячейки может быть:

(левая сторона — анод) Cu (s) | Cu (NO ₃ ) ₂ (водн.) (0.1M) || AgNO ₃ (водн.) (0,01M) | Ag (s) (правая сторона — катод)

(В приведенной выше схеме ячейки: внешние компоненты представляют собой электроды для реакции, а внутренние части представляют собой растворы, в которые они погружены)

Здесь вы можете видеть, что используется твердая форма реагента — медь. Медь, как и серебро, участвуют в качестве реагентов и электродов.

Примеры электродов

Некоторые широко используемые инертные электроды: графит (углерод), платина, золото и родий.

Некоторые часто используемые реактивные (или задействованные) электроды: медь, цинк, свинец и серебро.

Стандартный водородный электрод

Стандартный водородный электрод (SHE) — это электрод, который ученые используют для сравнения во всех реакциях потенциала полуэлементов. Значение стандартного потенциала электрода равно нулю, что составляет основу для расчета потенциалов ячейки с использованием разных электродов или разных концентраций. Важно иметь этот общий электрод сравнения, так же как для Международного бюро мер и весов важно хранить запечатанный кусок металла, который используется для сравнения S.I. Килограмм.

Из чего сделана ОНА?

SHE состоит из 1,0 M раствора H ⁺ (водн.), Содержащего квадратный кусок платинированной платины (соединенный с платиновым проводом, по которому можно обмениваться электронами) внутри трубки. Затем во время реакции газообразный водород пропускается через трубку в раствор, вызывая реакцию:

2H ⁺ (водн. ) + 2e ^— <==> H ₂ (г).

Платина используется, потому что она инертна и мало реагирует с водородом.

Что происходит в этом процессе?

Во-первых, начальный разряд позволяет электронам заполнить самый высокий занятый уровень энергии Pt. При этом некоторые из ионов H + образуют ионы H ₃ O ⁺ с молекулами воды в растворе. Эти ионы водорода и гидроксония затем подходят достаточно близко к Pt электроду (на платинированной поверхности этого электрода), где водород притягивается к электронам в металле и образует атом водорода. Затем они объединяются с другими атомами водорода, образуя h3 (g).Этот газообразный водород выделяется из системы. Для поддержания реакции к электроду требуется постоянный поток H ₂ (г). Pt-провод подключается к аналогичному электроду, в котором происходит противоположный процесс, и таким образом создается заряд, который равен 0 вольт. Обычно предпочтение отдается другим стандартным электродам, поскольку установка SHE может быть сложной задачей. Сложность возникает при приготовлении платинированной поверхности и при контроле концентрации реагентов.По этой причине SHE называют гипотетическим электродом.

Трехэлектродная система

Трехэлектродная система состоит из рабочего электрода, электрода сравнения и вспомогательного электрода. Трехэлектродная система важна в вольтамперометрии. Все три этих электрода служат уникальным роликом в трехэлектродной системе. Под электродом сравнения понимается электрод, который имеет установленный электродный потенциал. В электрохимической ячейке электрод сравнения может использоваться как полуячейка.Когда электрод сравнения действует как половина ячейки, можно обнаружить электродный потенциал другой половины ячейки. Вспомогательный электрод — это электрод, который гарантирует, что ток не проходит через ячейку сравнения. Он гарантирует, что ток равен току рабочего электрода. Рабочий электрод — это электрод, который переносит электроны к присутствующим веществам и от них. Вот некоторые примеры эталонных ячеек:

Каломельный электрод: Этот электрод сравнения состоит из молекул ртути и хлорида ртути. Этот электрод может быть относительно проще в изготовлении и обслуживании по сравнению с SHE. Он состоит из твердой пасты Hg ₂ Cl ₂ и жидкой элементарной ртути, прикрепленной к стержню, который погружен в насыщенный раствор KCl. Необходимо, чтобы раствор был насыщенным, потому что это позволяет фиксировать активность хлорида калия, а напряжение быть ниже и ближе к SHE. Этот насыщенный раствор позволяет обменять ионы хлора. Все это обычно помещается внутри трубки, которая имеет пористый солевой мостик, позволяющий электронам проходить обратно и замыкать цепь.-_ {(водный)} \]

Электрод из серебра и хлорида серебра : Электрод такого типа осаждает соль в растворе, который участвует в электродной реакции. Этот электрод состоит из твердого серебра и его осажденной соли AgCl. Это широко используемый электрод сравнения, поскольку он недорог и не так токсичен, как каломелевый электрод, содержащий ртуть. Электрод из серебра с хлоридом серебра изготавливается из твердой серебряной проволоки, кодируемой AgCl. Затем его помещают в пробирку с раствором KCl и AgCl.-_ {(водный)} \]

Список литературы

1. Айвз, Дэвид Дж. Г. и Джордж Джон. Янц. «2. Водородный электрод». Электроды сравнения. Нью-Йорк [usw.]: Acad. Пр., 1961. Печать.
2. Аллманд А. и Гарольд Иоганн Томас. Эллингем. «Глава 4: Электролизная ванна». Принципы прикладной электрохимии, . Нью-Йорк: Longmans, Green, 1924. Печать
3. Стандартный водородный электрод: искаженная концепция, http: //pubs.acs.org / doi / pdf / 10.1021 / ed050p604

Проблемы

1. Какой электрод окисляет раствор в полуячейке? Анод или катод?

2. Почему стандартный водородный электрод важен для расчета потенциалов ячеек?

3. Определите, какая сторона является катодом, а какая — анодом.

Ag (ов) | Ag + (водн.) (. 5M) || Ag ⁺ (водн.) (0,05M) | Аг (ов)

4. Почему важно использовать инертный электрод в таких ситуациях, как SHE?

5. Каков стандартный потенциал половины ячейки для SHE?

Ответы (выделите, чтобы увидеть):

1. Анод

2. Это важно при вычислении потенциалов полуэлементов, поскольку оно служит ориентиром. Без этого электрода не было бы оснований для расчета значений потенциалов ячеек.

3. Слева — анод, справа — катод.

4. В этой ситуации важно использовать инертный электрод, потому что он не будет вступать в реакцию или участвовать в реакции в ячейке, а просто обеспечивает площадь поверхности для протекания реакции.

5,0 вольт.

Авторы и ссылки

электрохимических ячеек | Химия [Магистр]

Гальванические элементы

Гальванический элемент — это устройство, которое вырабатывает электрический ток из энергии, выделяемой в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции в двух полуячейках.

Цели обучения

Напомним, что восстановление происходит на катоде, а окисление происходит на аноде в гальваническом элементе

Основные выводы

Ключевые моменты

• Окисление описывает потерю электронов молекулой, атомом или ионом.
• Редукция описывает усиление электронов молекулой, атомом или ионом.
• Электроны всегда текут от анода к катоду.
• Полуячейки соединены солевым мостиком, который позволяет ионам в растворе перемещаться из одной полуячейки в другую, так что реакция может продолжаться.

Ключевые термины

• окислительно-восстановительный потенциал : обратимая химическая реакция, в которой одна реакция является окислением, а обратная — восстановлением.
• полуэлемент : любая из двух частей электрохимической ячейки, содержащая электрод и электролит.
• гальванический элемент : Элемент, например аккумулятор, в котором в результате необратимой химической реакции генерируется электричество; аккумулятор, который нельзя перезарядить.

Электрохимическая ячейка — это устройство, вырабатывающее электрический ток из энергии, выделяющейся в результате спонтанной окислительно-восстановительной реакции. Этот вид ячейки включает гальваническую или гальваническую ячейку, названную в честь Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта.Эти ученые провели несколько экспериментов с химическими реакциями и электрическим током в конце 18 века.

Электрохимические ячейки имеют два токопроводящих электрода, называемых анодом и катодом. Анод определяется как электрод, на котором происходит окисление. Катод — это электрод, на котором происходит восстановление. Электроды могут быть изготовлены из любых достаточно проводящих материалов, таких как металлы, полупроводники, графит и даже проводящие полимеры. Между этими электродами находится электролит, содержащий ионы, которые могут свободно перемещаться.

В гальванической ячейке используются два разных металлических электрода, каждый в растворе электролита. Анод подвергнется окислению, а катод — восстановлению. Металл анода будет окисляться, переходя от степени окисления 0 (в твердой форме) к положительной степени окисления, и он станет ионом. На катоде ион металла в растворе будет принимать один или несколько электронов от катода, и степень окисления иона снизится до 0. Это образует твердый металл, который откладывается на катоде.Два электрода должны быть электрически соединены друг с другом, чтобы обеспечить поток электронов, который покидает металл анода и проходит через это соединение к ионам на поверхности катода. Этот поток электронов представляет собой электрический ток, который можно использовать для работы, например, для поворота двигателя или включения света.

Пример реакции

Принцип действия гальванического элемента — это одновременная реакция окисления и восстановления, называемая окислительно-восстановительной реакцией. Эта окислительно-восстановительная реакция состоит из двух полуреакций.В типичном гальваническом элементе окислительно-восстановительная пара — это медь и цинк, представленные в следующих полуэлементных реакциях:

Цинковый электрод (анод): Zn (s) → Zn ²⁺ (водн. ) + 2 e ^—

Медный электрод (катод): Cu ²⁺ (водн.) + 2 e ^— → Cu (s)

Ячейки построены в отдельных стаканах. Металлические электроды погружены в растворы электролита. Каждая полуячейка соединена солевым мостиком, который обеспечивает свободный перенос ионных частиц между двумя клетками.Когда цепь замыкается, ток течет, и ячейка «производит» электрическую энергию.

Гальванический или гальванический элемент : Элемент состоит из двух полуэлементов, соединенных солевым мостиком или проницаемой мембраной. Электроды погружены в растворы электролита и подключаются через электрическую нагрузку.

Медь легко окисляет цинк; анод — цинк, а катод — медь. Анионы в растворах представляют собой сульфаты соответствующих металлов. Когда электрически проводящее устройство соединяет электроды, электрохимическая реакция:

Zn + Cu ² + → Zn ²⁺ + Cu

Цинковый электрод при окислении выделяет два электрона ([латекс] \ text {Zn} \ rightarrow \ text {Zn} ^ {2+} + 2 \ text {e} ^ — [/ latex]), которые проходят через провод к медному катоду. — \ rightarrow \ text {Cu} [/ latex]). Во время реакции будет использоваться цинковый электрод, и металл будет уменьшаться в размерах, в то время как медный электрод станет больше из-за образовавшейся осажденной меди. Соляной мостик необходим, чтобы заряд не проходил через элемент. Без солевого мостика электроны, образующиеся на аноде, будут накапливаться на катоде, и реакция прекратится.

Гальванические элементы обычно используются в качестве источника электроэнергии. По своей природе они производят постоянный ток.Батарея — это набор гальванических элементов, соединенных параллельно. Например, свинцово-кислотная батарея имеет элементы, аноды которых состоят из свинца, а катоды — из диоксида свинца.

Электролитические ячейки

Электролиз использует электрическую энергию, чтобы вызвать химическую реакцию, которая затем происходит в электролитической ячейке.

Цели обучения

Вспомните три компонента, необходимые для создания электролитической ячейки

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрометаллургия — это процесс восстановления металлов из металлических соединений для получения металла в чистой форме с помощью электролиза.
• Электролиз иногда можно представить как работу гальванического элемента без спонтанного действия.
• Электроды из металла, графита и полупроводников широко используются в электролизе.
• Другие системы, в которых используется электролитический процесс, используются для производства металлического натрия и калия, газообразного хлора, гидроксида натрия и хлората калия и натрия.

Ключевые термины

• электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.
• электролитический : Относящийся к электролизу или использующий его.

В химии и производстве электролиз — это метод использования постоянного электрического тока (DC) для запуска не спонтанной химической реакции. Электролиз коммерчески важен как стадия процесса отделения элементов из природных источников, таких как руда.

Электролиз — это прохождение постоянного электрического тока через ионное вещество, которое либо расплавлено, либо растворено в подходящем растворителе, что приводит к химическим реакциям на электродах и разделению материалов.

Электролиз иногда можно рассматривать как работу гальванического элемента без спонтанного действия. В зависимости от того, насколько свободно элементы отдают электроны (окисление) и насколько энергетически выгодно элементам получать электроны (восстановление), реакция может не быть спонтанной. Путем подачи извне энергии для преодоления энергетического барьера спонтанной реакции желаемая реакция «разрешается» протекать при особых обстоятельствах.

Основные компоненты, необходимые для проведения электролиза:

• Электролит: вещество, содержащее свободные ионы, переносящие электрический ток.Если ионы неподвижны, как в твердой соли, то электролиза не может быть.
• Источник постоянного тока (DC): обеспечивает энергию, необходимую для создания или разряда ионов в электролите. Электрический ток переносится электронами во внешней цепи.
• Два электрода: электрический проводник, который обеспечивает физический интерфейс между электрической цепью, обеспечивающей энергию, и электролитом.

Типичная электролизная ячейка : Ячейка, используемая в элементарных химических экспериментах для получения газа в качестве продукта реакции и измерения его объема.

Широко используются электроды из металла, графита и полупроводников. Выбор подходящего электрода зависит от химической активности электрода и электролита, а также от стоимости производства.

Другие системы, в которых используется электролитический процесс, используются для производства металлического натрия и калия, газообразного хлора, гидроксида натрия и хлората калия и натрия.

Обозначение электрохимической ячейки

Обозначение ячейки — это сокращение, которое выражает определенную реакцию в электрохимической ячейке.

Цели обучения

Создает соответствующее обозначение электрохимической ячейки для данной электрохимической реакции

Основные выводы

Ключевые моменты

• Анод и катод ячейки (полуэлементы) разделены двумя полосами или косыми чертами, которые представляют собой солевой мостик.
• Анод расположен слева, а катод — справа.
• Отдельные твердые, жидкие или водные фазы в каждой полуячейке написаны через одну черту.
• Концентрации растворенных веществ могут быть указаны в скобках после обозначения фазы (s, l, g или aq).

Ключевые термины

• полуэлемент : любая из двух частей электрохимической ячейки, содержащая электрод и электролит.
• электрод : Клемма, через которую электрический ток проходит между металлическими и неметаллическими частями электрической цепи. При электролизе электроды помещают в раствор отдельно.\ text {o} _ {\ text {окисление}} [/ latex]

  Обозначения ячеек — это краткое описание гальванических или гальванических (спонтанных) ячеек. Условия реакции (давление, температура, концентрация и т. Д.), Анод, катод и компоненты электрода описаны в этом уникальном сокращении.

  Напомним, что окисление происходит на аноде, а восстановление происходит на катоде. Когда анод и катод соединены проволокой, электроны текут от анода к катоду.

  Типичный гальванический элемент : Типичное расположение полуэлементов, соединенных в гальванический элемент.- \ rightleftharpoons 2 \ text {Ag} (\ text {s}) [/ latex]

  Правила обозначения ячеек

  1. Сначала описывается анодный полуэлемент; следует катодная полуячейка. В пределах данной полуячейки сначала указываются реагенты, а последними — продукты. Описание реакции окисления идет первым, а реакция восстановления — последним; когда вы ее читаете, ваши глаза движутся в направлении потока электронов. Ионы зрителя не включены.

  2. Одна вертикальная линия (|) проведена между двумя химическими соединениями, которые находятся в разных фазах, но находятся в физическом контакте друг с другом (например,г., твердый электрод | жидкость с электролитом). Двойная вертикальная линия (||) представляет собой солевой мостик или пористую мембрану, разделяющую отдельные полуячейки.

  3. Фаза каждого химического вещества (s, l, g, aq) указана в скобках. Если электролиты в ячейках не соответствуют стандартным условиям, концентрациям и / или давлению, они заключаются в скобки с обозначением фазы. Если концентрация или давление не указаны, предполагается, что электролиты в ячейках находятся в стандартных условиях (1.00 М или 1,00 атм и 298 К).

  Используя эти правила, мы составили обозначение ячейки:

  Cd (s) | Cd ²⁺ (водн., 0,15 M) || Ag ⁺ (водн., 0,20 M) | Аг (ов)

  Электролиз | Химия [Магистр]

  Прогнозирование продуктов электролиза

  Электролиз — это способ разделения соединения путем пропускания через него электрического тока; продукты представляют собой ионы компонентов соединения.

  Цели обучения

  Предсказать продукты реакции электролиза

  Основные выводы

  Ключевые моменты

  • Основными компонентами электролитической ячейки являются электролит, постоянный ток и два электрода.
  • Ключевой процесс электролиза — это обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.
  • Окисление ионов или нейтральных молекул происходит на аноде, а восстановление ионов или нейтральных молекул происходит на катоде.

  Ключевые термины

  • электролит : Вещество, которое в растворе или в расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
  • электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

  Что такое электролиз?

  Чтобы предсказать продукты электролиза, нам сначала нужно понять, что такое электролиз и как он работает. Электролиз — это метод разделения связанных элементов и соединений путем пропускания через них электрического тока. Он использует постоянный электрический ток (DC), чтобы запустить в противном случае несамопроизвольную химическую реакцию. Электролиз очень важен с коммерческой точки зрения как стадия отделения элементов из природных источников, таких как руды, с использованием электролитической ячейки.

  Основные компоненты, необходимые для проведения электролиза:

  • Электролит: вещество, содержащее свободные ионы, которые являются переносчиками электрического тока в электролите. Если ионы неподвижны, как в твердой соли, то электролиза не может быть.
  • Источник постоянного тока (DC): обеспечивает энергию, необходимую для создания или разряда ионов в электролите. Электрический ток переносится электронами во внешней цепи.
  • Два электрода: электрический проводник, который обеспечивает физический интерфейс между электрической цепью, обеспечивающей энергию, и электролитом.

  Обмен атомами и ионами

  Ключевой процесс электролиза — это обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь. Необходимые продукты электролиза находятся в физическом состоянии, отличном от состояния электролита, и могут быть удалены некоторыми физическими процессами.

  Каждый электрод притягивает ионы противоположного заряда. Положительно заряженные ионы или катионы движутся к катоду, обеспечивающему электроны, который является отрицательным; отрицательно заряженные ионы или анионы движутся к положительному аноду.Вы могли заметить, что это противоположность гальванического элемента, где анод отрицательный, а катод положительный.

  На электродах электроны поглощаются или высвобождаются атомами и ионами. Те атомы, которые приобретают или теряют электроны, становятся заряженными ионами, которые переходят в электролит. Те ионы, которые приобретают или теряют электроны, чтобы стать незаряженными атомами , отделяются от электролита. Образование незаряженных атомов из ионов называется разрядкой. Энергия, необходимая для миграции ионов к электродам, и энергия, вызывающая изменение ионного состояния, обеспечивается внешним источником.{4 -} _ 6 [/ латекс]

  Нейтральные молекулы также могут реагировать на любом электроде. Реакции электролиза с участием ионов H ⁺ довольно распространены в кислых растворах. В щелочных водных растворах часто встречаются реакции с участием гидроксид-ионов (OH ^— ). Окисленные или восстановленные вещества также могут быть растворителем, которым обычно является вода, или электродами. Возможен электролиз с участием газов.

  Прогнозирование продуктов электролиза

  Давайте посмотрим, как прогнозировать продукты.Например, на какие два иона распадется CuSO ₄ ? Ответ: Cu ²⁺ и SO ₄ ^2- . Давайте более внимательно посмотрим на эту реакцию.

  Электролиз сульфата меди : два медных электрода помещают в раствор синего сульфата меди и подключают к источнику электрического тока. Ток включен на некоторое время.

  Берем два медных электрода и помещаем их в раствор синего сульфата меди (CuSO ₄ ) и включаем ток.- [/ латекс]

  Мы только что видели, как электрический ток расщепляет CuSO ₄ на составляющие ионы. Это все, что нужно для прогнозирования продуктов электролиза; все, что вам нужно сделать, это разбить соединение на составляющие ионы.

  Электролиз хлорида натрия

  Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия, которые дают разные продукты.

  Цели обучения

  Предсказать продукты электролиза хлорида натрия в расплавленных и водных условиях

  Основные выводы

  Ключевые моменты

  • Металлический натрий и газообразный хлор могут быть получены электролизом расплавленного хлорида натрия.
  • Электролиз водного раствора хлорида натрия дает водород и хлор, при этом водный гидроксид натрия остается в растворе.
  • Причина различия в том, что восстановление Na ⁺ (E ° = –2,7 v) энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 v).

  Ключевые термины

  • анод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит окисление.
  • катод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит восстановление.

  Электролиз NaCl

  Как мы уже говорили, электролиз — это прохождение постоянного электрического тока через ионное вещество, которое либо расплавлено, либо растворено в подходящем растворителе. Это приводит к химическим реакциям на электродах и разделению материалов. Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия. Вы можете подумать, что оба метода дадут вам одинаковые продукты, но это не так. Давайте рассмотрим каждый из методов, чтобы понять различные процессы.

  Электролиз расплавленного NaCl

  Если хлорид натрия расплавляется (выше 801 ° C), два электрода вставляются в расплав и через расплав соли пропускается электрический ток, и на электродах происходят химические реакции.

  Электролизная ячейка для расплавленного хлорида натрия : Промышленная электролизная ячейка для производства металлического натрия и газообразного хлора из расплавленного NaCl. Жидкий натрий всплывает в верхнюю часть расплава над катодом и сливается в резервуар для хранения. {-} [/ латекс]

  Общая реакция — это разложение хлорида натрия на элементы:

  [латекс] 2 \ text {NaCl} \ rightarrow 2 \ text {Na} (\ text {s}) + {\ text {Cl}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

  Электролиз водного NaCl

  Что происходит, когда у нас есть водный раствор хлорида натрия? Что ж, мы не можем забыть, что мы должны учитывать воду в уравнении. Поскольку вода может быть как окисленной, так и восстановленной, она конкурирует с растворенными ионами Na ⁺ и Cl ^— .Вместо производства натрия производится водород.

  Электролиз водного раствора хлорида натрия : Электролиз водного раствора NaCl приводит к образованию водорода и хлорида. На аноде (A) хлорид (Cl-) окисляется до хлора. Ионоселективная мембрана (B) позволяет противоиону Na + свободно проходить через нее, но предотвращает диффузию анионов, таких как гидроксид (OH-) и хлорид. На катоде (C) вода восстанавливается до гидроксида и газообразного водорода. Чистый процесс представляет собой электролиз водного раствора NaCl на промышленно полезные продукты — гидроксид натрия (NaOH) и газообразный хлор.{-} (\ text {aq}) + {\ text {H}} _ {2} (\ text {g}) + \ frac {1} {2} {\ text {Cl}} _ {2} ( \ text {g}) [/ latex]

  Восстановление Na ⁺ (E ° = –2,7 об.) Энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 об.), Поэтому в водном растворе будет преобладать последнее.

  Вывести продукты электролиза расплава соли : Электролиз расплава соли дает элементы из соли. Итак, электролиз WCl4 дает W и Cl2.Ионы металлов получают электроны на отрицательном электроде, а неметаллы теряют их на положительном электроде.

  Электролиз воды

  Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без электролита, такого как кислота или основание.

  Цели обучения

  Вспомните свойства электролита, которые позволяют проводить электролиз воды

  Основные выводы

  Ключевые моменты

  • Электролиз раствора серной кислоты или соли, такой как NaNO ₃ , приводит к разложению воды на обоих электродах.
  • На катоде появится водород, а на аноде появится кислород.
  • Количество образующегося водорода в два раза превышает количество молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором.

  Ключевые термины

  • электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

  Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без добавления электролита.{-} [/ латекс]

  E ° = -1,23 В

  Умножение катодной реакции на 2, чтобы соответствовать количеству перенесенных электронов, дает это итоговое уравнение после объединения ионов OH ^— и H ⁺ с образованием воды:

  Сеть: [латекс] 2 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \ rightarrow 2 {\ text {H}} _ {2} (\ text {g} ) + {\ text {O}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

  E = -1,23 v

  Водород появится на катоде, отрицательно заряженном электроде, где электроны входят в воду, и кислород появится на аноде, положительно заряженном электроде. Количество образовавшихся молей водорода в два раза больше количества молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором. Количество электронов, проталкиваемых через воду, вдвое превышает количество образованных молекул водорода и в четыре раза больше количества образованных молекул кислорода.

  Иоганн Риттер, который изобрел первую электрохимическую ячейку, был одним из первых, кто открыл разложение воды электричеством.

  Электролиз воды : Устройство, изобретенное Иоганном Вильгельмом Риттером для разработки электролиза воды.

  Стехиометрия электролиза

  Количество химического изменения, которое происходит при электролизе, стехиометрически связано с количеством электронов, проходящих через элемент.

  Цели обучения

  Предсказать, сколько кулонов потребуется для данной электрохимической реакции.

  Основные выводы

  Ключевые моменты

  • С точки зрения источника напряжения и цепи за пределами электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием единиц СИ — кулонов и ампер.
  • Требуется 96 485 кулонов, чтобы составить моль электронов, единицу, известную как фарадей (F).
  • Эквивалентный вес вещества определяется как молярная масса, деленная на количество электронов, необходимых для окисления или восстановления каждой единицы вещества.

  Ключевые термины

  • кулонов : В Международной системе единиц — производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C.
  • фарадей : количество электричества, необходимое для депонирования или высвобождения 1 грамма эквивалентного веса вещества во время электролиза; приблизительно 96 487 кулонов.

  Стехиометрия электролитической ячейки

  Степень химического изменения, происходящего в электролитической ячейке, стехиометрически зависит от количества молей электронов, проходящих через ячейку. С точки зрения источника напряжения и цепи вне электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием единиц СИ — кулонов и ампер. Для образования моля электронов требуется 96 485 кулонов — единица, известная как фарадей (F).

  Это соотношение было впервые сформулировано Майклом Фарадеем в 1832 году в форме двух законов электролиза:

  1. Вес веществ, образующихся на электроде во время электролиза, прямо пропорционален количеству электричества, которое проходит через электролит.
  2. Вес различных веществ, образованных в результате прохождения одного и того же количества электричества, пропорционален эквивалентному весу каждого вещества.- \ rightarrow \ text {V} [/ latex]).

     Большинство стехиометрических задач, связанных с электролизом, могут быть решены без явного использования законов Фарадея. «Химия» в этих задачах обычно очень элементарна; основные трудности обычно возникают из-за незнания основных электрических устройств:

     • ток (в амперах) — это скорость переноса заряда: 1 ампер = 1 [латекс] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {second}} [/ latex].
     Мощность
     • (в ваттах) — это скорость производства или потребления энергии: 1 Вт = 1 [латекс] \ frac {\ text {Джоуль}} {\ text {second}} [/ latex]. -} = 1184 \ \ text {Coulombs} [/ latex]

       1.5 часов эквивалентны 5400 секундам:

       [латекс] \ frac {1184 \ \ text {Coulombs}} {5400 \ \ text {секунды}} = 0,22 \ \ text {Amps} [/ latex]

       Типы электродов, используемых при сварке

       Потребители имеют доступ ко многим различным типам сварочных электродов. Каждый предлагает функции, которые делают его идеальным для определенного приложения. При сварке электричество проходит через электрод, создавая электрическую дугу на конце электрода. Сварные швы создаются, когда электрическая дуга на кончике электрода протягивается на заготовку.Многие типы электродов плавятся и переносятся на заготовку, образуя металлический наполнитель, в то время как другие не плавятся, а просто создают место для электрической дуги.

       6010 Электроды

       Электроды этого типа часто используются для общих сварочных работ, которые не требуют каких-либо специальных функций. Они также используются для сельскохозяйственной техники, трубопроводов, кованого железа и дорожной техники. Согласно Metal Web News, электроды 6011 создают сварные швы с минимальной прочностью на растяжение около 60 000 фунтов на квадратный дюйм (psi).Сварщики могут держать этот тип электродов в любом положении для создания надлежащего сварного шва. Электроды 6010 предназначены для работы на постоянном токе (DC). Согласно советам и рекомендациям по сварке, электроды 6010 имеют внешнее покрытие с высоким содержанием целлюлозы и натрия.

       6013 Электроды

       6013 Электроды относительно просты в использовании. Они создают более мягкую дугу, которая идеально подходит для обработки листового металла. Этот тип электродов часто используется для общего ремонта более тонких материалов. По данным Metal Web News, сварные швы электродами 6013 обеспечивают минимальную прочность на разрыв около 60 000 фунтов на квадратный дюйм.Эти электроды можно держать в любом положении и использовать как при постоянном, так и при переменном токе (AC). Электроды 6013 имеют внешнее покрытие с высоким содержанием диоксида титана и калия, согласно советам и рекомендациям по сварке.

       7018 Электроды

       Электрод 7018 часто называют «электродом с низким содержанием водорода», который имеет покрытие с низким содержанием влаги, которое снижает уровень проникновения водорода в сварной шов. Этот тип электрода обеспечивает получение высококачественных, устойчивых к трещинам сварных швов со средней проплавкой.Эти электроды перед использованием должны оставаться сухими. По данным Metal Web News, минимальная прочность сварного шва на растяжение, обеспечиваемая этим типом электрода, составляет около 70 000 фунтов на квадратный дюйм. Электроды 7018 также можно удерживать в любом положении во время сварки. Электроды 7018 предназначены для работы как при постоянном, так и при переменном токе. Согласно советам и рекомендациям по сварке, этот тип электрода имеет порошковое железо и внешнее покрытие с низким содержанием водорода.

       Электроды — обзор | Темы ScienceDirect

       Выталкивание электродов

       Выталкивание электродов — частый и серьезный артефакт, который очень затрудняет определение стадии сна (Таблица 4–2). Он характеризуется внезапным отклонением с большой амплитудой (часто с блокировкой канала) вследствие отрыва электрода от кожи (внезапная потеря сигнала). Щелчки часто бывают регулярными и соответствуют движениям тела во время дыхания. Выскакивание электрода также может быть вызвано тем, что пациент лежит на одном сосцевидном электроде или тянет за провод, соединяющий электрод с электродной коробкой во время дыхания. Например, если проволока проходит под телом пациента или проходит через грудную или брюшную ленту, движение или дыхание пациента могут натянуть электродную проволоку.Лопание также может произойти, если гель для электрода высыхает в течение ночи. Во время записи добавление геля для электрода или повторное нанесение проблемного электрода может устранить проблему. После записи артефакт часто можно обработать, переключившись на альтернативную производную, в которой не используется проблемный электрод. Например, если проблема заключается в O ₂ , исследующий затылочный электрод переключается на O ₁ . Это одна из причин того, что резервные электроды обычно устанавливаются.

       На рис. 4–6 регулярные высоковольтные отклонения отмечены во всех отведениях, содержащих M ₁ . Следовательно, проблема скорее всего в электроде М ₁ . Видеомониторинг подтвердил, что пациент спал на левом боку. После замены электрода сравнения на M ₂ (с использованием производных F ₃ -M ₂ , C ₃ -M ₂ , O ₁ -M ₂ , E ₁ -M ₂ , E ₂ -M ₂ ) проблема была устранена.Отображение F ₄ -M ₂ , C ₄ -M ₂ , O ₂ -M ₂ также устранит артефакт. Однако использование исследующего электрода напротив эталона предпочтительнее, поскольку это дает более сильный сигнал напряжения. Фактически, F ₃ -M ₂ , C ₃ -M ₂ и O ₁ -M ₂ являются альтернативными производными, рекомендованными Руководством по оценке Американской академии медицины сна (AASM). . Если электрод в стандартном отведении выходит из строя, рекомендуется использовать соответствующий электрод в наборе для альтернативного отвода для мониторинга сна (см. Главу 1).

       Два, три, четыре электрода Потенциостаты Gamry с 4 датчиками

       Количество используемых электродов (или зондов)

       
       два, три, четыре электрода.

       Введение

       Электрохимические эксперименты варьируются от простой потенциостатической (хроноамперометрии) до циклической вольтамперометрии (потенциодинамики) и до сложных методов переменного тока, таких как импедансная спектроскопия. Более того, каждая отдельная методика может иметь несколько возможных экспериментальных установок, часто с лучшим вариантом.В этой заметке обсуждается один аспект этих настроек: количество используемых электродов (или датчиков).

       Потенциостат как прибор с четырьмя датчиками

       Потенциостаты Гамри (и некоторые другие) — все приборы с четырьмя датчиками. Это означает, что есть четыре релевантных вывода, которые необходимо поместить в любой данный эксперимент. Два из этих проводов — рабочий (зеленый) и счетчик (красный) — проводят ток, а два других — рабочий датчик (синий) и опорный (белый) — это измерительные провода, которые измеряют напряжение (потенциал).

       Рис. 1: Отведения Gamry с цветовой кодировкой.

       Приборы с четырьмя датчиками можно настроить для проведения измерений с 2, 3 или 4 электродами с помощью простого изменения настройки. Таким образом, важно понимать, почему и как использовать разные режимы.

       Электроды

       Обсуждение экспериментов с режимом n -электродов должно касаться того, что такое электроды. Электрод представляет собой (полупроводниковое) твердое тело, которое взаимодействует с раствором (n) (электролита). Общие обозначения: Рабочий, Контрольный и Счетчик (или Вспомогательный).

       Рабочий электрод — обозначение исследуемого электрода. В экспериментах по коррозии это, вероятно, коррозионный материал. В экспериментах по физико-электрохимии это чаще всего инертный материал — обычно золото, платина или углерод, — который передает ток другим видам, не подвергаясь воздействию этого тока.

       Счетчик или Вспомогательный электрод — это электрод в ячейке, замыкающий путь тока.Все электрохимические эксперименты (с ненулевым током) должны иметь пару рабочий-счетчик. В большинстве экспериментов счетчик является источником / стоком тока, поэтому относительно инертные материалы, такие как графит или платина, являются идеальными, хотя и не обязательными. В некоторых экспериментах противоэлектрод является частью исследования, поэтому состав материала и установка меняются соответственно.

       Электроды сравнения , как следует из названия, представляют собой электроды, которые служат в качестве экспериментальных контрольных точек. В частности, они являются эталоном для измерения потенциала (смысла).Следовательно, электроды сравнения должны сохранять постоянный потенциал во время тестирования, в идеале — по абсолютной шкале. Это достигается за счет того, что, во-первых, через них протекает небольшой ток или, в идеале, нет, а во-вторых, они «хорошо сбалансированы», что означает, что даже если какой-то ток действительно течет, он не влияет на потенциал. Хотя многие электроды могут быть хорошо сбалансированы, есть несколько, которые очень широко используются и коммерчески доступны: серебро / хлорид серебра, насыщенная каломель, ртуть / оксид ртути (ртуть), ртуть / сульфат ртути, сульфат меди / меди и другие.Есть и другие пары, на которые часто ссылаются, но которые обычно не используются сегодня, например, обычный водородный электрод.

       В качестве электрода сравнения можно использовать любой проводящий материал, но если необходимо сообщить об измерениях потенциала, которые необходимо сравнить с другими системами, использование нестандартного образца требует дополнительных экспериментов и объяснений.

       Двухэлектродные эксперименты

       Двухэлектродные эксперименты — это простейшая установка ячейки, но часто дает гораздо более сложные результаты и соответствующий анализ.В двухэлектродной установке токоведущие электроды также используются для сенсорных измерений.

       Физическая установка для двухэлектродного режима имеет соединенные вместе токовые и измерительные провода: рабочий (W) и рабочий датчик (WS) подключены к (рабочему) электроду, а контрольный (R) и счетчик (C) подключены к второй (вспомогательный, противодействующий или квази / псевдоэлектрод сравнения). См. Рисунок 2 для схемы установки 2-электродной ячейки.

       Рисунок 2: Двухэлектродная установка ячейки

       Двухэлектродные эксперименты измеряют всю ячейку, то есть сенсорные провода измеряют полное напряжение, падающее током на всей электрохимической ячейке: рабочий электрод, электролит и противоэлектрод.Если карта потенциала всей ячейки выглядит, как на Рисунке 3, то двухэлектродная установка имеет рабочий датчик в точке A и контрольный провод в точке E, и таким образом измеряется падение напряжения во всей ячейке.

       Рисунок 3: Измеренная (примерная) карта потенциала по всей ячейке. Рабочий провод находится в точке A, а встречный провод — в точке E.

       Двухэлектродные установки используются в нескольких общих случаях. Один из них — измерение напряжения всей ячейки, например устройства электрохимической энергии (например,г., аккумуляторы, топливные элементы, суперконденсаторы). Во втором случае можно ожидать, что потенциал противоэлектрода не будет дрейфовать в течение эксперимента. Обычно это происходит в системах, которые демонстрируют очень низкие токи или относительно короткие временные рамки и которые также имеют хорошо сбалансированный счетчик, например, рабочий микроэлектрод и серебряный противоэлектрод гораздо большего размера.

       Эксперименты с тремя электродами

       В трехэлектродном режиме опорный вывод отделен от счетчика и подключен к третьему электроду.Этот электрод чаще всего располагают так, чтобы он измерял точку очень близко к рабочему электроду (к которому подключены оба вывода рабочего и рабочего контроля: см. Рисунок 4).

       Рисунок 4: 3-электродная ячейка

       На рисунке 3 точки измерения расположены в точках A и — примерно — B. Трехэлектродные установки имеют явное экспериментальное преимущество перед двухэлектродными установками: они измеряют только половину ячейки. То есть изменения потенциала рабочего электрода измеряются независимо от изменений, которые могут произойти на противоэлектроде.

       Эта изоляция позволяет с уверенностью и точностью изучить конкретную реакцию. По этой причине 3-электродный режим является наиболее распространенной установкой, используемой в электрохимических экспериментах.

       Стоит пояснить второй случай трехэлектродной схемы. Потенциостат Interface 5000 может измерять разность напряжений между показаниями счетчика и эталоном для некоторых экспериментов, одновременно измеряя разность напряжений между эталонным и рабочим измерением.В этом случае вы должны подключить счетчик и счетчик датчиков к противоэлектроду, ссылку к электроду сравнения, а рабочий и рабочий датчик — к рабочему электроду. В этой конкретной установке вы получаете обе половинные ячейки в дополнение к полной ячейке в одном эксперименте.

       Эксперименты с четырьмя электродами

       В четырехэлектродном режиме вывод Working Sense отсоединен от рабочего электрода, как и контрольный вывод (и в дополнение к нему) (см. Рисунок 5).

       Установки с четырьмя электродами измеряют потенциал вдоль линии B-D на Рисунке 3, где может быть некоторая «преграда» в точке C. Такая установка относительно необычна в электрохимии, но все же имеет место. В 4-электродном режиме потенциалы любых электрохимических реакций, происходящих на рабочем (и противоэлектродном) электроде (ах), не измеряются. Измеряется влияние приложенного тока на сам раствор или на некоторый барьер в этом растворе.

       Рис. 5 : 4-электродная ячейка

       Чаще всего эту установку используют для измерения импеданса на некоторой границе раздела фаз раствор-фаза, такой как мембрана или переход жидкость-жидкость.Эта установка может использоваться для очень точных измерений сопротивления раствора или сопротивления по поверхности некоторых материалов (твердотельные элементы).

       Особый случай настройки: режим ZRA

       Эксперименты с амперметром нулевого сопротивления (ZRA) являются особым случаем. В режиме ZRA выводы рабочего и противоэлектродного электродов замкнуты вместе внутри прибора, т. Е. Отсутствует падение сетевого напряжения на всей ячейке. Для приборов Gamry установка аналогична установке с 3 электродами (Рисунок 4), с дополнительным оранжевым проводом Counter Sense (CS), подключенным к счетчику (см. Рисунок 1).Электрод сравнения не является критическим в этом эксперименте, но может действовать как электрод-наблюдатель для связи рабочего счетчика.

       Рис. 6: Карта измеренного потенциала в ячейке в режиме ZRA. W / WS в A, C / CS в E. Обратите внимание, что это не точная потенциальная карта в слоях Гельмгольца. B и D представляют собой наиболее близкие измеримые подходы. Режим

       ZRA перерисовывает рисунок 3 как показано на рисунке 6. Теперь потенциал в точке А равен потенциал в E. Ссылка может быть в положении B, C или D.Ссылка в растворе улавливает несколько разные потенциалы в зависимости от положения, тока и сопротивления раствора.

       Режим ZRA используется для гальванической коррозии, электрохимического шума и ряда специализированных экспериментов.

       электродов: что это такое? (& Типы используемых электродов)

       Что такое электроды?

       Электроды определяются как твердый электрический проводник, по которому электрический ток входит или выходит из электролитической ячейки. Он преобразует ионные потенциалы в электронные. Различные типы электродов, используемых для биологических измерений, зависят от анатомического расположения, откуда измеряются биоэлектрические сигналы. Биоэлектрические электроды принимают такие сигналы, как ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ и т. Д.
       Существует три основных типа электродов:

       1. Микроэлектроды
       2. Игольчатые электроды
       3. Поверхностные электроды тела

       Микроэлектроды

       Микроэлектрод измеряет электрический потенциал в пределах одного клетка.Он имеет наконечники очень маленького диаметра, которые могут проникать глубоко в клетку, не повреждая клетку человека. Функции микроэлектродов — потенциальная запись для инъекций лекарств.

       Обычно, когда микроэлектрод находится внутри ячейки, электрод сравнения находится вне ячейки. Из-за своего небольшого размера он имеет высокое сопротивление в диапазоне мегаом. Два типа микроэлектрода:

       • Металлический микроэлектрод
       • Неметаллический (микропипетка)

       Металлический микроэлектрод

       Вольфрамовая нить или проволока из нержавеющей стали, имеющая мельчайшую структуру, образует кончик микроэлектрода. Это электропойнтинг. Изоляционный материал покрывает весь электрод в целях безопасности.

       Выполняется небольшая электролитическая обработка для уменьшения импеданса. Для измерения биоэлектрических потенциалов необходимы два электрода. Результирующий потенциал напряжения представляет собой разность потенциалов микроэлектрода и электрода сравнения. Общая сумма трех потенциалов следующая.
       

       Где,
       E _A — потенциал металлический электрод-электролит на кончике микроэлектрода.
       EB — Электрод сравнения потенциала электролита.
       E _C — Переменный мембранный потенциал клетки.
       

       Неметаллический микроэлектрод (Micropipet)

       В этом электроде используется неметаллический материал для измерения потенциала отдельной ячейки. Он состоит из стеклянной микропипетки диаметром 1 мкм. Используется микропипетка, заполненная раствором электролита, совместимым с клеточными жидкостями. Шток Micropipet имеет тонкую гибкую проволоку из хлоридного серебра, нержавеющей стали или вольфрама. Один конец микропипетки прикрепляется к жесткой опоре, а другой свободный конец опирается на ячейку. Генерируемое потенциальное напряжение выглядит следующим образом.

       E _A — потенциальное напряжение между металлической проволокой и электролитом, заполненным внутри Micropipet.
       E _B — потенциал между электродом сравнения и внеклеточной жидкостью.
       E _C — переменный мембранный потенциал клетки.
       E _D — потенциал на конце из-за электролитов, присутствующих внутри пипетки и ячейки.

       Глубинные и игольчатые электроды

       Когда электрод приближается к биоэлектрическому генератору, он проникает в кожу. Следовательно, электрод должен быть острым для проникновения для получения и записи биоэлектрических событий.

       Глубинные электроды

       Глубинные электроды изучают электрическую активность нейронов на поверхности мозга. Этот тип электродов состоит из пучка проводов из платинового сплава и иридия с тефлоновой изоляцией.

       Для облегчения введения электродов в мозг конец поддерживающей проволоки имеет круглую форму.Количество отдельных электродов образует электродную решетку или пучок. В пучке электродов конец каждой отдельной проволоки имеет отдельный электрод.

       Применение глубинных электродов

       Глубинные электроды применяются:

       1. Для введения лекарств в мозг.
       2. Для измерения напряжения кислорода.

       Игольчатые электроды

       Игольчатый электрод регистрирует потенциал действия периферического нерва. Он напоминает лекарственный шприц.На одном конце загибается короткий изолированный провод. Изогнутая часть проходит через просвет иглы. Эта установка входит в мышцы. Теперь игла вытащена. Изогнутая проволока остается внутри мышцы. Два типа игольчатых электродов, а именно:

       Монополярный электрод: в этом типе используется один электрод сравнения, помещаемый на кожу.

       Биполярный электрод: Этот тип имеет один электрод сравнения и один активный электрод.