Giáo trình điện Hóa học

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com §¹i häc ®µ n½ng tr−êng ®¹i häc s− ph¹m PGS.TS lª tù h¶i §µ N½ng - 2009 2009 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Mơc luc Më ®Çu Ch−¬ng Dung dÞch chÊt ®iƯn li vµ lý thut ®iƯn ly Arrhesnius 1.1 Kh¸i niƯm chÊt ®iƯn li 1.2 Nh÷ng b»ng chøng thùc nghiƯm vỊ sù tån t¹i c¸c ion dung dÞch chÊt ®iƯn li 1.3 Thut ®iƯn li Arrhenius 1.4 Nguyªn nh©n sù ®iƯn li T−¬ng t¸c ion - l−ìng cùc Trang 4 Ch−¬ng T−¬ng t¸c ion - l−ìng cùc dung m«i dung dÞch chÊt ®iƯn li 2.1 Nguyªn nh©n cđa sù ®iƯn ly vµ t−¬ng t¸c ion - l−ìng cùc dung m«i 2.2 N¨ng l−ỵng m¹ng l−íi tinh thĨ 2.3 N¨ng l−ỵng solvat hãa Ch−¬ng T−¬ng t¸c ion - ion dung dÞch chÊt ®iƯn ly 3.1 Ho¹t ®é vµ hƯ sè ho¹t ®é 10 10 10 14 17 17 3.2 Thut Debey - Huckel 3.3 N¨ng l−¬ng t−¬ng t¸c gi÷a ion vµ khÝ qun ion 3.4 TÝnh hƯ sè ho¹t ®é theo thut Debey - Huckel 3.5 Sù ph¸t triĨn cđa thut Debey - Huckel 3.6 øng dơng cđa thut Debey - Huckel cho chÊt ®iƯn ly u 3.7 øng dơng thut Debey - Huckel ®Ĩ tÝnh ®é tan 3.8 Sù liªn hỵp ion c¸c dung dÞch ®iƯn ly 3.9 C¸c chÊt ®a ®iƯn ly vµ chÊt ®iƯn ly nãng ch¶y Ch−¬ng Sù dÉn ®iƯn cđa dung dÞch ®iƯn li 4.1 §é dÉn ®iƯn cđa dung dÞch chÊt ®iƯn li 4.2 Mét sè tr−êng hỵp ®Ỉc biƯt cđa ®é dÉn ®iƯn c¸c dung dÞch chÊt ®iƯn li 3.3 TÝnh chÊt cđa dung dÞch chøa electron solvat ho¸ 3.4 Tèc ®é chun ®éng tut ®èi vµ linh ®é ion 3.5 Mèi liªn hƯ gi÷a linh ®é ion vµ ®é dÉn ®iƯn 3.6 Ph−¬ng ph¸p ®o ®é dÉn ®iƯn vµ øng dơng 3.7 Sè vËn t¶i 19 20 24 25 26 28 29 30 33 33 36 23 23 24 24 26 Ch−¬ng NhiƯt ®éng häc ®iƯn hãa 4.1 Sù xt hiƯn thÕ trªn ranh giíi ph©n chia pha 4.2 ThÕ ®iƯn cùc 4.3 NhiƯt ®éng häc vỊ nguyªn tè Galvani 4.4 C¸c lo¹i pin 4.5 øng dơng cđa phÐp ®o søc ®iƯn ®éng 30 30 32 39 43 47 Ch−¬ng Líp ®iƯn kÐp trªn ranh giíi ®iƯn cùc - dung dÞch 5.1 Sù h×nh thµnh líp ®iƯn kÐp 54 54 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 5.2 C¸c thut vỊ cÊu tróc líp kÐp 5.3 Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu líp kÐp 55 58 Ch−¬ng §éng häc c¸c qu¸ tr×nh ®iƯn ho¸ 6.1 §Ỉc tr−ng chung cđa c¸c qu¸ tr×nh ®iƯn ho¸ 6.2 Sù ph©n cùc ®iƯn cùc - qu¸ thÕ 6.3 ThÕ ph©n hủ 6.4 Tèc ®é qu¸ tr×nh ®iƯn cùc 6.5 §éng häc mét sè qu¸ tr×nh ®iƯn ho¸ 61 61 62 63 63 66 Ch−¬ng Mét sè øng dơng cđa lÜnh vùc ®iƯn ho¸ 7.1 Mét sè kh¸i niƯm c¬ së 7.2 §iƯn kÕt tinh kim lo¹i 7.3 Mét sè øng dơng ph©n tÝch ®iƯn ho¸ 7.4 Ngn ®iƯn ho¸ häc 7.5 Tỉng hỵp c¸c hỵp chÊt h÷u c¬ - v« c¬ b»ng ph−¬ng ph¸p ®iƯn ho¸ 70 70 70 71 71 73 Ch−¬ng ¨n mßn vµ b¶o vƯ kim lo¹i 8.1 ¨n mßn kim lo¹i 8.2 Sù thơ ®éng kim lo¹i 8.3 B¶o vƯ kim lo¹i 76 76 79 79 Tµi liƯu tham kh¶o 83 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch−¬ng dung dÞch chÊt ®iƯn li vµ thut ®iƯn ly arrhÐnius 1.1 Kh¸i niƯm chÊt ®iƯn li ChÊt ®iƯn li lµ nh÷ng hỵp chÊt ho¸ häc cã kh¶ n¨ng ph©n li (hoµn toµn hay mét phÇn) dung dÞch thµnh nh÷ng h¹t mang ®iƯn tr¸i dÊu ®−ỵc gäi lµ c¸c ion (cation vµ anion) 1.2 Nh÷ng b»ng chøng thùc nghiƯm vỊ sù tån t¹i cđa c¸c ion dung dÞch chÊt ®iƯn li Quan niƯm vỊ sù tån t¹i c¸c phÇn tư tÝch ®iƯn, c¸c ion, dung dÞch c¸c chÊt ®iƯn li kh«ng ph¶i ®· ®−ỵc kh¼ng ®Þnh ®iƯn ho¸, v× ë giai ®o¹n ph¸t triĨn ®Çu tiªn cđa m×nh m«n khoa häc ®iƯn ho¸ ch−a cã quan niƯm nµy B»ng chøng vỊ sù tån t¹i cđa c¸c ion dung dÞch ®· ®−ỵc kh¼ng ®Þnh trªn c¬ së nh÷ng d÷ kiƯn thùc nghiƯm vỊ mét sè thc tÝnh nhiƯt ®éng sau ®©y cđa dung dÞch ®iƯn li ¸p st thÈm thÊu: Tõ thut dung dÞch suy r»ng, c¸c dung dÞch ®đ lo·ng, ¸p st thÈm thÊu π liªn hƯ víi nång ®é mol/l theo ph−¬ng tr×nh: π = C.R.T (1.1) ë ®©y: C lµ nång ®é mol/l; R lµ h»ng sè khÝ; T lµ nhiƯt ®é tut ®èi §èi víi c¸c dung dÞch chÊt kh«ng ®iƯn li, vÝ dơ nh− dung dÞch ®−êng n−íc, ph−¬ng tr×nh (1.1) phï hỵp tèt v¬Ý c¸c sè liƯu thùc nghiƯm §èi víi c¸c dung dÞch ®iƯn li, vÝ dơ dung dÞch NaCl, gi¸ trÞ thùc nghiƯm cđa π lín h¬n gi¸ trÞ tÝnh theo (1.1) §Ĩ gi¶i thÝch mét c¸ch h×nh thøc hiƯn t−ỵng nµy, VantHoff ®−a vµo hƯ sè ®¼ng tr−¬ng Vant-Hoff (i) vµ biĨu thøc ¸p st thÈm thÊu c¸c dÞch dÞch ®iƯn li lµ: π’ = i.C.R.T (1.2) ë ®©y i > Tõ (1.1) vµ (1.2) suy π’ > π §iỊu nµy dÉn tíi ý nghÜa r»ng tỉng sè c¸c phÇn tư dung dÞch ®iƯn li cao h¬n dung dÞch kh«ng ®iƯn li cã cïng nång ®é mol ¸p st h¬i trªn dung dÞch: ChÊt tan lµm gi¶m ¸p st h¬i cđa dung m«i trªn dung dÞch so víi dung m«i nguyªn chÊt (∆P) Trong dung dÞch kh«ng ®iƯn li ®đ lo·ng th×: ∆P = P0 M C m 1000 (1.3) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com víi P0: ¸p st h¬i trªn dung m«i nguyªn chÊt; M0: ph©n tư gam dung m«i; ∆P: ®é gi¶m ¸p st h¬i b·o hoµ cđa dung m«i trªn dung m«i nguyªn chÊt so víi dung m«i trªn dung dÞch; Cm: nång ®é molan chÊt tan §èi víi dung dÞch ®iƯn li, c¸c gi¸ trÞ thùc nghiƯm cđa ∆P lín h¬n gi¸ trÞ tÝnh theo (1.3) Do vËy, gi¶ thiÕt r»ng sè tiĨu ph©n c¸c dung dÞch ®iƯn li lín vµ ®−a vµo (1.3) hƯ sè i > 1®Ĩ gi¶i thÝch sù m©u thn nµy §iỊu nµy cã nghÜa lµ c¸c dung dÞch ®iƯn ly, c¸c ph©n tư chÊt tan ®· bÞ ph©n c¾t ®Ĩ cho sè phÇn tư dung dÞch t¨ng lªn so víi dung dÞch kh«ng ®iƯn ly §é h¹ b¨ng ®iĨm vµ ®é t¨ng ®iĨm s«i cđa dung dÞch: Ng−êi ta thÊy r»ng c¸c dung dÞch ®iƯn li cã nhiƯt ®é s«i cao h¬n vµ nhiƯt ®é ®«ng ®Ỉc thÊp h¬n c¸c dung dÞch kh«ng ®iƯn li cã cïng nång ®é C §iỊu nµy chøng tá sè c¸c phÇn tư dung dÞch ®iƯn ly lín h¬n dung dÞch kh«ng ®iƯn ly cã cïng nång ®é HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng trung hoµ: HiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n trung hoµ axit m¹nh b»ng baz¬ m¹nh lµ mét gi¸ trÞ kh«ng ®ỉi, kh«ng phơ thc vµo b¶n chÊt cđa axit vµ baz¬ HCl + NaOH → NaCl + H2O HNO3 + KOH → KNO3 + H2O ∆H1 ∆H2 (a) (b) ∆H1 = ∆H2 = -57,3 kJ/mol (ë 250C) §iỊu nµy chøng tá r»ng ph¶n øng trung hoµ trªn lµ ph¶n øng gi÷a ion H+ vµ OHdo axit vµ baz¬ ph©n li ra: H+ + OH- → H2O (c) Sù liªn quan gi÷a t¸c dơng xóc t¸c cđa c¸c axit vµ ®é dÉn ®iƯn cđa chóng: ë nång ®é ®· cho, ®é dÉn ®iƯn cđa axit cµng lín, hiƯu øng xóc t¸c cđa nã cµng m¹nh vµ ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh thủ ph©n este §iỊu nµy cho thÊy, dung dÞch c¸c axit ph©n li ion H+ 1.3 Thut ®iƯn li Arrhenius Arrhenius 1.3.1 C¸c gi¶ thut tr−íc Arrhenius Grothus (1805) vµ Faraday (1833) cho r»ng, sù ph©n li c¸c ion lµ t¸c dơng cđa ®iƯn tr−êng T− ®ã kh¸i niƯm “chÊt ®iƯn ly” Faraday ®Ị nghÞ mang ý nghÜa lµ “bÞ ph©n ly bëi ®iƯn” C¸c ion ®−ỵc sinh sù ph©n ly nh− vËy ch¹y vỊ c¸c ®iƯn cùc d−íi t¸c dơng cđa ®iƯn tr−êng Tuy nhiªn, c¸c thÝ nghiƯm vỊ sù tån t¹i ion dung dÞch, nh− sù liªn quan gi÷a t¸c dơng xóc t¸c cđa axit vµ ®é dÉn ®iƯn cho thÊy ph¶n øng thủ ph©n cđa este x¶y kh«ng cã mỈt cđa ®iƯn tr−êng Kayander th× ®Ị cËp ®Õn sù tån t¹i dung dÞch axit vµ kiỊm nh÷ng “phÇn tư bÞ c¾t” kh«ng phơ thc vµo sù cã mỈt cđa dßng ®iƯn Song Kyander ch−a ®−a ®−ỵc lý thut ®iƯn ly ®Ĩ gi¶i thÝch sù ®iƯn ly cđa c¸c chÊt ®iƯn ly 1.3.2 Thut ®iƯn li Arrhenius Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trong kho¶ng thêi gian 1883-1887 Arrhenius ®−a thut ®iƯn li dùa trªn c¬ së nh÷ng ln ®iĨn c¬ b¶n sau: C¸c ph©n tư axit, baz¬, mi hoµ tan th× bÞ ph©n li thµnh c¸c phÇn tư mang ®iƯn (ion) VÝ dơ: HCl NaCl H+ + ClNa+ + Cl- NaOH CH3COOH Na+ + OHCH3COO + H+ C¸c ion cã thĨ cÊu t¹o bëi c¸c nguyªn tư hay nhãm nguyªn tư Trong dung dÞch c¸c ion kh«ng t−¬ng t¸c g× víi vµ cã t¸c dơng nh− c¸c ph©n tư khÝ lÝ t−ëng Trong dung dÞch, sù ph©n li c¸c ph©n tư thµnh c¸c ion lµ kh«ng hoµn toµn, tøc lµ kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c ph©n tư chÊt ®iƯn li, mµ chØ mét phÇn α nµo ®ã cđa chóng, gäi lµ ®é ®iƯn li, ph©n li thµnh c¸c ion; phÇn c¸c ph©n tư cßn l¹i kh«ng ph©n li b»ng (1-α) α = n' n (1.4) n: tỉng sè ph©n tư chÊt tan; n’ : sè ph©n tư ®· ph©n li Gäi C lµ nång ®é mol/l cđa dung dÞch; ph©n tư chÊt ®iƯn li ph©n li ν ion th× tỉng sè tiĨu ph©n hƯ lµ: ναC + (1- α) C = C [1 + α (ν - 1)] (1.5) BiĨu thøc [1 + α (ν - 1)] cho thÊy nång ®é ph©n tư chung cđa c¸c tiĨu ph©n dung dÞch t¨ng lªn bao nhiªu lÇn sù ®iƯn li g©y vµ cã ý nghÜa vËt lÝ t−¬ng ®−¬ng víi hƯ sè ®¼ng tr−¬ng i cđa Vant-Hoff Do ®ã: i = + α (ν - 1) (1.6) V× ν > vµ α < 0, nªn i > vµ ph−¬ng tr×nh (1.6) cho phÐp gi¶i thÝch hỵp lÝ c¸c sè liƯu thùc nghiƯm vỊ ¸p st thÈm th©ó, sù thay ®ỉi ¸p st h¬i cđa dung m«i trªn dung dÞch; còng nh− sù h¹ nhiƯt ®é ®«ng ®Ỉc vµ sù t¨ng nhiƯt ®é s«i cđa dung dÞch chÊt ®iƯn li Sù ph©n li ®−ỵc coi nh− mét ph¶n øng ho¸ häc vµ tu©n theo ®Þnh lt t¸c dơng khèi l−ỵng Kh¶o s¸t chÊt ®iƯn ph©n 1-1 : MA M + + AK [M+] = [A-] = αC ; [MA] = (1-α)C Ta cã [ M +][ A−] K = = [ MA] α C (1.7) 1−α Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com (1.7) suy α = 4C K ( 1+ - 1) 2C K (1.8) K C (1.9) NÕu α nhá (1-α ~ 1) th× : α = NÕu thay C = 1/V : ®é pha lo·ng, th× (1.9) trë thµnh: α = (1.10) K V Ph−¬ng tr×nh (1.10) gäi lµ ®Þnh lt pha lo·ng Ostwald 1.3.3 øng dơng cđa thut ®iƯn li Arrhenius Thut ®iƯn li cđa Arrhenius ®· gi¶i thÝch tèt mét sè tÝnh chÊt cđa dung dÞch ®iƯn li nh− ¸p st thÈm thÊu, ¸p st h¬i cđa dung m«i trªn dung dÞch, ®é h¹ b¨ng ®iĨm, ®é t¨ng nhiƯt ®é s«i Trªn c¬ së thut ®iƯn li Arrhenius ®· h×nh thµnh kh¸i niƯm axit vµ baz¬ ®Çu tiªn vµ gi¶i qut vÊn ®Ị c©n b»ng dung dÞch ®iƯn li cïng víi mét sè tÝnh chÊt cđa hƯ dung dÞch ®iƯn li Theo thut Arrhenius th× axit HA lµ hỵp chÊt ph©n li thµnh c¸c ion hidro vµ gèc axit: HA H+ + A vµ baz¬ MOH lµ hỵp chÊt ph©n li cho cation kim lo¹i vµ anion hidroxyl : M+ + OH- MOH V× vËy ph¶n øng trung hoµ lu«n lu«n dÉn ®Õn sù t−¬ng t¸c cđa c¸c ion H+ vµ OH Do ®ã, hiƯu øng nhiƯt cđa ph¶n øng gi÷a axit m¹nh vµ baz¬ m¹nh c¸c dung dÞch lo·ng cã gi¸ trÞ kh«ng ®ỉi vµ kh«ng phơ thc vµo b¶n chÊt cđa axit vµ baz¬ Thut Arrhenius ®−ỵc sư dơng réng r·i ®Ĩ gi¶i thÝch c¸c c©n b»ng axit vµ bazo vµ sù ®iƯn li cđa n−íc Sù ®iƯn li cđa n−íc x¶y nh− sau: H2 O H»ng sè ®iƯn li cđa n−íc: K = H+ + OH[ H + ][OH − ] [ H O] (1.11) V× ®é ®iƯn li α cđa n−íc rÊt nhá, ®ã nång ®é H2O cã thĨ ®−ỵc xem nh− kh«ng ®ỉi (1.11) ⇒ K [H2O] = [ H+] [ OH-] = Kw (1.12) Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kw ®−ỵc gäi lµ tÝch sè ion cđa H2O ë 250C Kw = 10-14 Do ®ã, [ H+][ OH-] = 10-14 H»ng sè Kw phơ thc rÊt lín vµo nhiƯt ®é, nhiƯt ®é t¨ng th× Kw t¨ng t, 0C Kw.1014 20 0,681 30 1,470 60 9,610 70 15,800 80 25,10 90 38,000 100 55,000 Do vËy, ë gi¸ trÞ pH = dung dÞch sÏ cã tÝnh axit nÕu t0 < 250C vµ cã tÝnh kiỊm nÕu t0 > 250C 1.3.4 Nh÷ng thiÕu sãt cđa thut Arrhenius sau: Bªn c¹nh nh÷ng −u ®iĨm ®· xÐt, thut Arrhenius cã c¸c nh−ỵc ®iĨm chđ u 1- Thut nµy kh«ng tÝnh ®Õn t−¬ng t¸c cđa c¸c ion víi l−ìng cùc (dipol) n−íc hc cđa c¸c dung m«i kh¸c tøc lµ t−¬ng t¸c ion - dipol T−¬ng t¸c nµy lµ c¬ së vËt lÝ t¹o thµnh c¸c ion dung dÞch hoµ tan c¸c chÊt ®iƯn li V× kh«ng tÝnh ®Õn t−¬ng t¸c ion - dipol nªn kh«ng gi¶i thÝch ®−ỵc qu¸ tr×nh t¹o thµnh ion vµ ®é bỊn v÷ng cđa c¸c hƯ ion Thut arrhenius kh«ng ®Ị cËp ®Õn nguyªn nh©n cđa sù ®iƯn li 2- Thut Arrhenius xem ion nh− nh÷ng phÇn tư ®éc lËp, kh«ng tÝnh ®Õn t−¬ng t¸c ion - ion lùc Coulomb g©y ViƯc bá qua t−¬ng t¸c ion - ion hoµn toµn kh«ng thĨ chÊp nhËn ®−ỵc vỊ ph−¬ng diƯn vËt lÝ Sù bá qua ®ã ®· lµm ph¸ c¸c hƯ thøc ®Þnh l−ỵng cđa thut Arrhenius vµ ®ã kh«ng thĨ gi¶i thÝch ®−ỵc sù thay ®ỉi cđa h»ng sè ph©n li K theo nång ®é chÊt ®iƯn li Sù thay ®ỉi cđa K xt hiƯn râ nhÊt c¸c dung dÞch chÊt ®iƯn li m¹nh, cã ®é ®iƯn li biĨu kiÕn gÇn b»ng Nh−ng c¶ dung dÞch axit axetic u, sù phơ thc K vµo nång ®é CH3COOH v−ỵt ®¸ng kĨ sai sè cđa phÐp ®o Gi¸ trÞ h»ng sè ph©n li K cđa c¸c dung dÞch n−íc KCl vµ CH3COOH ë 250C : CKCl (mol/l) K(KCl) mol/l C(CH3COOH) mol/l K(CH3COOH) 105 mol/l 0,0001 0,0128 0,001 1,751 0,001 0,0456 0,02 1,740 0,01 0,1510 0,10 1,700 0,1 0,5349 0,20 1,653 3- Theo thut Arrhenius th× α lµ ®¹i l−ỵng ®Ỉc tr−ng, cã gi¸ trÞ kh«ng ®ỉi dï ®o b»ng ph−¬ng ph¸p nµo vµ α < Tuy nhiªn, thùc nghiƯm cho thÊy ®èi víi mét dung dÞch nhÊt ®Þnh, nÕu ®o b»ng ph−¬ng ph¸p kh¸c th× α sÏ cã gi¸ trÞ kh¸c nhau, thËm chÝ α > Gi¸ trÞ α cđa dung dÞch axit HCl theo ph−¬ng ph¸p ®o ®é dÉn (α1) vµ søc ®iƯn ®éng (α2) nh− sau: Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com α1 0,986 0,957 0,903 - C (mol/l ) 0,003 0,080 0,300 3,000 6,000 16,000 α2 0,990 0,880 0,773 1,402 3,400 13,200 Sù kh¸c gi÷a c¸c gi¸ trÞ α ®o ®−ỵc b»ng c¸c ph−¬ng ph¸p kh¸c sÏ t¨ng nång ®é dung dÞch t¨ng §Ỉc biƯt, gi¸ trÞ ®é ®iƯn li α ®o ®−ỵc b»ng ph−¬ng ph¸p søc ®iƯn ®éng lín h¬n ë kho¶ng nång ®é cao Do ®ã, tr−êng hỵp nµy kh¸i niƯm ®é ®iƯn li α theo lÝ thut Arrhenius kh«ng cßn ý nghÜa vËt lÝ Nh− vËy, lÝ thut ®iƯn li cđa Arrhenius chØ ®−ỵc ¸p dơng víi dung dÞch lo·ng cđa chÊt ®iƯn li u Cßn ®èi víi dung dÞch ®iƯn li u cã nång ®é cao vµ dung dÞch ®iƯn li m¹nh ë bÊt cø nång ®é nµo th× lÝ thut cđa Arrhenius kh«ng thĨ ¸p dơng ®ù¬c vỊ mỈt ®Þnh l−ỵng § I Mendeleev cho r»ng, nh−ỵc ®iĨm chÝnh cđa thut ®iƯn li Arrhenius lµ kh«ng tÝnh ®Õn t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tư chÊt tan víi còng nh− t¸c ®éng gi÷a c¸c ph©n tư chÊt tan víi c¸c ph©n tư dung m«i ¤ng cho r»ng ®èi víi dung dÞch kh«ng chØ cã qu¸ tr×nh ph©n li, mµ cßn cã qu¸ tr×nh t¹o thµnh hỵp chÊt míi víi sù tham gia cđa c¸c ph©n tư dung m«i Quan ®iĨm nµy ®−ỵc xem lµ ®óng ®¾n vµ ®−ỵc nhiỊu nhµ B¸c häc (§.P.C«n«val«p, J.A.Cabluc«p…) ph¸t triĨn ci thÕ kØ 19 vµ ®Çu thÕ kØ 20 C©u hái vµ bµi tËp H·y nªu nh÷ng b»ng chøng thùc nghiƯm chøng minh sù tån t¹i cđa ion dung dÞch chÊt ®iƯn ly §é ph©n ly α cđa mét chÊt ®iƯn ly u dung dÞch n−íc cã thay ®ỉi kh«ng vµ thay ®ỉi nh− thÕ nµo t¨ng nhiƯt ®é? H»ng sè ph©n li Kc cđa mét chÊt ®iƯn ph©n u sÏ thay ®ỉi nh− thÕ nµo thay dung m«i n−íc b»ng r−ỵu metylic? Bá qua t−¬ng t¸c ho¸ häc gi÷a chÊt tan vµ dung m«i H»ng sè ®iƯn m«i n−íc > h»ng sè ®iƯn m«i r−ỵu metylic ë 25oC h»ng sè ph©n li cđa NH4OH b»ng 1,79.10-5 Hái ë nång ®é nµo ®é ph©n li cđa NH4OH b»ng 2% TÝnh nång ®é OH- dung dÞch nµy H»ng sè ph©n li cđa axit benzoic b»ng 6,3.10-5, cđa axit axetic b»ng 1,79.10-5 X¸c ®Þnh tØ sè nång ®é ion H+ hai dung dÞch axit trªn cã cïng nång ®é H»ng sè ph©n li nhiƯt ®éng cđa axit α-clopicric ë 298K b»ng 1,47.10-3 TÝnh ®é ph©n li cđa axit nµy dung dÞch nång ®é 0,01M Tr×nh bµy néi dung c¬ b¶n cđa thut Arrhenius, −u vµ nh−ỵc ®iĨm cđa thut ®ã Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Ch−¬ng T−¬ng t¸c ion - l−ìng cùc dung m«i c¸c dung dÞch ®iƯn ly 2.1 Nguyªn nh©n cđa sù ®iƯn li vµ t−¬ng t¸c ion - l−ìng cùc dung m«i Thut ®iƯn li Arrhenius cã ngơ ý lµ sù t¹o thµnh c¸c ion dung dÞch chØ x¶y c¸c ph©n tư trung hoµ cđa chÊt tan bÞ ph©n hủ Song thùc tÕ c¸c ion tån t¹i c¶ tr−íc hoµ tan Ng−êi ta chia chÊt ®iƯn ph©n lµm hai lo¹i: - ChÊt ®iƯn ph©n thËt lµ chÊt ®iƯn ph©n ë tr¹ng th¸i ph©n tư tån t¹i liªn kÕt ion VÝ dơ: NaCl, KCl - ChÊt ®iƯn ph©n tiỊm n¨ng lµ chÊt ®iƯn ph©n ë tr¹ng th¸i ph©n tư ch−a tån t¹i ion VÝ dơ: HCl §èi víi chÊt ®iƯn ph©n thËt th× qu¸ tr×nh ®iƯn li bao gåm: - Ph¸ hủ m¹ng l−íi tinh thĨ t−¬ng t¸c cđa c¸c ion m¹ng l−íi tinh thĨ víi c¸c dipol (l−ìng cùc) cđa dung m«i - Qu¸ tr×nh solvat ho¸ ion t¹o thµnh bëi c¸c ph©n tư dung m«i §èi víi chÊt ®iƯn ph©n tiỊm n¨ng th× qu¸ tr×nh ®iƯn li bao gåm: - T−¬ng t¸c ho¸ häc gi÷a ph©n tư víi dung m«i ®Ĩ bỴ g·y liªn kÕt ph©n tư t¹o ion - Qu¸ tr×nh solvat ho¸ ion VÝ dơ: hoµ tan khÝ HCl vµo n−íc t¹o thµnh chÊt ®iƯn li m¹nh, axit clohidric Song sù thËt ë ®©y kh«ng ph¶i lµ sù ph©n li ph©n tư HCl mµ lµ sù t−¬ng t¸c ho¸ häc cđa chóng víi c¸c ph©n tư n−íc HCl + H2O → H3O+ + Clë ®©y proton chun tõ ph©n tư HCl ®Õn ph©n tư H2O t¹o thµnh ion hydroxoni Ngoµi ra, c¸c ion H3O+ vµ Cl- ®−ỵc t¹o thµnh ®· tham gia vµo t−¬ng t¸c ion - dipol víi c¸c ph©n tư H2O d− V× vËy, t¹o thµnh dung dÞch axit clohidric, n¨ng l−ỵng cÇn thiÕt ®Ĩ bỴ g·y liªn kÕt ho¸ häc H - Cl (kho¶ng 432kJ/mol), ®−ỵc bï trõ bëi n¨ng l−ỵng liªn kÕt cđa proton (H+) víi ph©n tư n−íc ion H3O+ vµ n¨ng l−ỵng hydrat ho¸ cđa c¸c ion H3O+, Cl- §©y lµ hai c¬ chÕ c¬ b¶n t¹o thµnh c¸c dung dÞch ®iƯn ly 2.2 N¨ng l−ỵng m¹ng l−íi tinh thĨ §Ĩ chøng minh qu¸ tr×nh h×nh thµnh dung dÞch chÊt ®iƯn ly theo c¬ chÕ trªn ®èi víi chÊt ®iƯn ph©n thËt, ta cÇn so s¸nh n¨ng l−ỵng cÇn thiÕt ®Ĩ ph¸ m¹ng l−íi tinh thĨ t¹o ion víi n¨ng l−ỵng solvat hãa c¸c ion bëi c¸c ph©n tư dung m«i 10 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 9.5 Xư lý m«i tr−êng ¨n mßn Mäi trỉåìng cọ vai tr ráút quan trng âäúi våïi quạ trçnh àn mn Cạc biãûn phạp tạc âäüng vo mäi trỉåìng nhàòm lm gim täúc âäü àn mn âãưu táûp trung vo âiãøm chênh sau âáy: - Hả tháúp nhiãût âäü mäi trỉåìng thç täúc âäü àn mn gim, vç nọi chung nhiãût âäü gim thç täúc âäü cạc phn ỉïng gim Tuy nhiãn cọ mäüt säú trỉåìng håüp âàûc biãût, nhiãût âäü thç täúc âäü àn mn lải tàng Vê dủ, nỉåïc biãøn säi täúc âäü àn mn lải cháûm hån nỉåïc biãøn ngüi Ngun nhán l âun säi, háưu hãút oxi tan nỉåïc biãøn bë âáøy ngoi nãn täúc âäü àn mn gim - Gim täúc âäü chuøn âäüng tỉång âäúi giỉỵa mäi trỉåìng v bãư màût váût liãûu thç täúc âäü àn mn gim vç xọi mn dng chy gim âi Tuy nhiãn âäúi våïi cạc kim loải cọ thủ âäüng àn mn, sỉû t âng dung dëch lải gáy àn mn - Khỉí oxi tan mäi trỉåìng cọ thãø lm gim àn mn vç oxi l cháút oxi họa quan trng nháút cạc mäi trỉåìng àn mn Tuy nhiãn oxi cng giụp cho cạc kim loải thủ âäüng àn mn, âọ khỉí oxi lải khäng mang lải hiãûu qu mong mún - Khỉí cạc ion thục âáøy quạ trçnh àn mn Vê dủ dung dëch, cạc anion Cllm cho mng thủ âäüng khọ tảo thnh trãn bãư màût thẹp khäng gè, khỉí âi, mng thủ âäüng dãù hçnh thnh lm gim täúc âäü àn mn thẹp - Dng cháút ỉïc chãú àn mn 9.5.1 Loải b cạc cáúu tỉí gáy àn mn Pháưn låïn cạc kim loải dng âãø chãú tảo thiãút bë âãưu bãưn mäi trỉåìng trung â loải oxi Ta cọ thãø trung dung dëch mäüt cạch dãù dng nhỉng lải khọ khỉí oxi Âäü tan ca oxi dung dëch nỉåïc phủ thüc vo nhiãût âäü, ạp sút riãng pháưn ca oxi (PO2) v näưng âäü múi ca dung dëch Âãø khỉí oxi cọ thãø thỉûc hiãûn theo cạc cạch sau: 9.5.1.1 9.5.1.1 Sỉí dủng họa cháút O2 + Na2SO3 = 2Na2SO4 O2 + N2H4 = 2H2O + N2 ÅÍ nhiãût âäü cao hydrrazin (N2H4) s bë phán hy thnh amoniac v nitå: 3N2H4 = N2 + 4NH3 Sỉí dủng hydrazin loải trỉì âỉåüc nguy cå tảo thnh múi 9.5.1.2 9.5.1.2 Sỉí dủng phỉång phạp váût l - Âun nọng dung dëch hồûc nỉåïc - Xỉí l chán khäng dung dëch hồûc nỉåïc, cọ thãø gim näưng âäü oxi âãún 0,005 ppm 137 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Nhỉỵng phỉång phạp vỉìa nãu âỉåüc dng âãø loải oxi cạc näưi håi Nhỉ â nãu åí trãn khäng phi no cng cáưn loải b oxi båíi vç cháút oxi ráút cáưn cho thủ âäüng àn mn Hån nỉỵa, viãûc loải oxi nhiãưu trỉåìng håüp khäng thỉûc hiãûn âỉåüc, thiãút bë lm viãûc trãn säng, nỉåïc biãøn 9.5.1.3 9.5.1.3 Sỉí dủng cạc cháút lm cháûm àn mn (cháút ỉïc chãú) Nhỉỵng tạc nhán ỉïc chãú àn mn l nhỉỵng håüp cháút họa hc âỉåüc lm giu trãn bãư màût kim loải tỉì mäi trỉåìng àn mn Nhỉỵng tạc nhán ỉïc chãú ny hçnh thnh mäüt låïp bo vãû âäưng nháút m hoảt âäüng váût cn tråí l Thỉåìng chè mäüt vi låïp mng âån phán tỉí hồûc êt hån â âãø thay âäøi phn ỉïng âiãûn họa trãn bãư màût lm gim täúc âäü àn mn Tạc nhán ỉïc chãú tảo thnh chiãúc ạo bo vãû bàòng phn ỉïng ca dung dëch våïi quạ trçnh àn mn bãư màût Mäüt håüp cháút ỉïc chãú d nh â lm cháûm àn mn hồûc lm gim täúc âäü àn mn Trong ba quạ trçnh xy àn mn kim loải l: quạ trçnh anät, quạ trçnh catät v quạ trçnh dáùn âiãûn, viãûc dng cháút ỉïc chãú àn mn tạc dủng vo cạc quạ trçnh ny âãø kçm chãú chụng Khi bë kiãưm chãú, âäü phán cỉûc tàng lãn, âỉåìng cong phán cỉûc tråí nãn däúc hån, âọ täúc âäü àn mn gim âi Tạc dủng kçm hm täúc âäü àn mn ca cháút ỉïc chãú cọ thãø cạc ngun nhán sau: - Do cạc cháút oxi họa âỉåüc âỉa vo lm âáøy nhanh quạ trçnh oxi họa kim loải, giụp cho thủ âäüng xy såïm hån - Do tảo thnh cạc håüp cháút khäng tan, kãút ta lãn bãư màût kim loải báút kãø l catät hay anät Vê dủ: 2CrO42- + 10H+ + 6e → Cr2O3↓ + 5H2O - Do háúp phủ thnh mäüt låïp âån phán tỉí trãn bãư màût kim loải - Phn ỉïng våïi dung dëch lm máút âi ngun nhán gáy àn mn Cå chãú tạc dủng ca cháút ỉïc chãú xy phỉïc tảp nãn viãûc lỉûa chn sỉí dủng cháút ỉïc chãú pháưn nhiãưu dỉûa vo kinh nghiãûm Âãø âạnh giạ hiãûu qu ca cháút ỉïc chãú, ngỉåìi ta âỉa khại niãûm “hãû säú tạc dủng bo vãû” Z: P −P Z = uc 100% (9.4) P0 P0, Puc l täúc âäü àn mn khäúi lỉåüng kim loải dung dëch khäng cọ v cọ cháút ỉïc chãú 9.5.1.4 ỈÏng dủng ca cháút ỉïc chãú Cọ nhiãưu loải cháút ỉïc chãú, mäüt säú nhỉ: sunfit, hrazin, kiãøm soạt oxi tan; mäüt säú cháút ỉïc chãú l cạc ion oxi họa múi Fe3+, NO2- cọ tạc dủng lm thủ âäüng 138 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com nhỉỵng håüp kim; v mäüt säú cháút ỉïc chãú khạc canxi tàng cỉåìng âàûc bo vãû låïp bãư màût båíi sỉû âiãưu chènh chè säú bo ha; hay c nhỉỵng bazå úu NH3 v mäüt säú håüp cháút amin hoảt âäüng cháút ỉïc chãú bàòng cạch trung håi axit v âọ lm gim quạ trçnh àn mn Bng 9.3: 9.3: Mäüt säú cháút ỉïc chãú thỉåìng dng Mäi trỉåìng Kim loải cáưn bo vãû àn mn Thẹp, gang Nỉåïc àn Fe, Cu, Zn Håüp kim Zn, Cu, Al Nỉåïc àn Näưi håi Thẹp, gang, Zn, Cu Cháút ỉïc chãú àn mn Lỉåüng d dng Ca(HCO3)2 Na2CrO4 Ca(OH)2 Na2SiO3 Ca(HCO3)2 10 ppm 0,1% âãø pH = 10 - 20 ppm 10 ppm Fe Zn Táút c cạc kim loải NaNO2 Na2SiO3 Ca(HCO3)2 0,5% 10 ppm 10 - 20 ppm Axit HCl Fe Etylanilin (C6H5NHC2H5) Mercaptobenzothiazol (HSCH2C7H5NS) 0,5% 1% Axit H2SO4 Fe v thẹp Phenylacrydin 0,5% Thioure (H2NCHNH2) Nal Thioure (H2NCHNH2) Xiclohexylamin cacbonat (C6H11NH2CO3) Dixiclohexylamin nitrit (C6H11)2NHNO2 1% 200 ppm 0,7% 32 g/m3 Nỉåïc biãøn Axit H3PO4 Fe v thẹp âàûc Axit HNO3 Fe v thẹp Khê kên quøn Fe 32 g/m3 Tạc nhán ỉïc chãú nỉåïc úng bë hản chãú båíi âäüc hải v kinh phê Båíi vç chè håüp cháút họa hc khäng cọ âäüc täú måïi âỉåüc phẹp sỉí dủng v l mäüt hãû thäúng khäng âỉåüc lỉu hnh lải Sỉû àn mn håi nỉåïc l CO2 tan Bazå úu bao gäưm chùi di amin bẹo lm trung axit Sỉû táûp trung CrO42- cao âỉåüc sỉí dủng hãû thäúng Cl- v NO3- theo tè lãû % ngàn cn sỉû àn mn ca nỉåïc biãøn Sỉû àn mn viãûc sn xút v tinh chãú dáưu cọ thãø nháûn âỉåüc tỉì nỉåïc chiãút sút àn mn cọ chỉïa H2S, CO2 v cạc axit hỉỵu cå 139 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Nhỉỵng cháút ỉïc chãú hãû thäúng nỉåïc mạt cọ tạc dủng: - Gim ä nhiãùm nỉåïc båíi kim loải - Gim täúc âäü àn mn v nhåì âọ kẹo di tøi th ca hãû thäúng âỉåìng xe âiãûn ngáưm v cạc bçnh chỉïa khạc - Gim sỉû hỉ hải ca näưi håi v trang thiãút bë mạy phạt âiãûn håi nỉåïc Trong hãû thäúng lm lảnh nỉåïc, hiãûu qu vãư cạc thäng säú nỉåïc nhỉ: pH, sỉû kãút ta ca ion Cl-, máût âäü sàõt v cạc cháút ràõn lå lỉíng cáưn phi âỉåüc xem xẹt 9.5.1.5 9.5.1.5 Chỉïc nàng cå bn ca cháút ỉïc chãú Sỉû ỉïc chãú vãư mạy mọc ráút phỉïc tảp v âa dảng phủ thüc vo cháút ỉïc chãú Mäüt anion vä cå CrO42- hay NO3- hçnh thnh mäüt håüp cháút liãn kãút ion trãn bãư màût cọ tạc dủng cn tråí phn ỉïng àn mn Chụng tỉû hçnh thnh nhỉỵng låïp mng mng trãn bãư màût tàng cỉåìng sỉû khạng cỉû ca låïp mng thủ âäüng näüi tải Cạc tạc nhán ỉïc chãú cọ kh nàng kçm hm quạ trçnh anät tan kim loải hồûc kçm hm quạ trçnh catät gii phọng H2, hồûc kçm hm âäưng thåìi hai quạ trçnh anät v catät ty thüc vo bn cháút ca cháút ỉïc chãú Cọ thãø phán loải gäưm cọ cháút ỉïc chãú vä cå v cháút ỉïc chãú hỉỵu cå - Tạc nhán ỉïc chãú vä cå: Anion NO2- âỉåüc biãút mäüt tạc nhán ỉïc chãú anät, CrO42- nh hỉåíng âãún c hai phn ỉïng anät v catät cho nhiãưu håüp kim Hçnh 2.2 chè sỉû nh hỉåíng ca tạc nhán ỉïc chãú NO2-, CrO42- âãún quạ trçnh àn mn Hçnh 9.3 9.3 nh hỉåíng ca nhỉỵng cháút ỉïc chãú ®Õn âỉåìng cong phán cỉûc Galvanic 140 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 9.4) Cho Fe vo dung dëch nỉåïc, låïp bo vãû âỉåüc hçnh thnh l γ-Fe2O3, Fe3O4 (hçnh Hçnh 9.4 9.4 Gin âäư Pourbaix ca Fe Sỉû phạt triãøn v häưi phủc ca låïp bo vãû ny âỉåüc xục tiãún båíi mäüt säú tạc nhán ỉïc chãú nhỉ: CrO42-, NO2-, PO43-, Hm lỉåüng CrO42- tỉì 15-25 mg/l hçnh thnh låïp bo vãû γ-Fe2O3 theo phn ỉïng sau: 2FeO + H2O → γ-Fe2O3 + 2H+ + 2e Chỉïc nàng ca nhỉỵng tạc nhán ỉïc chãú ny chè thãø hiãûn dung dëch trung hồûc dung dëch kiãưm, cn dung dëch axit thç låïp γ-Fe2O3 khäng bãưn v bë tan Låïp γ-Fe2O3 thỉûc tãú hoảt âäüng giäúng mäüt âiãûn tråí cao phn ỉïng anät, lm gim dng anät Do âọ, anät bë phán cỉûc nhanh hån vãư phêa cỉûc dỉång Vç váûy, nãúu ta dng CrO42- lm cháút ỉïc chãú anät, gim hm lỉåüng CrO42- xúng qua tháúp, táút c phn ỉïng anät s khäng thủ âäüng, catät váùn khäng âäøi, hiãûn tỉåüng têch âiãûn trãn anät dáùn tåïi tảo läù häøng - Cháút ỉïc chãú catät cation Ca2+, cn tråí phn ỉïng catät, vê dủ, lm gim lỉåüng oxi tan båíi sỉû kãút ta trãn bãư màût Vê dủ: Trong nỉåïc cỉïng: Ca2+ + 2HCO3- → Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O ÅÍ catät, OH- âỉåüc tảo båíi phn ỉïng ca quạ trçnh tan oxi: O2 + 2H2O + 4e → 4OHCa(HCO3)2 + OH- → CaCO3↓ + H2O + HCO3- 141 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Tạc nhán ỉïc chãú hỉỵu cå cng cọ hiãûu qu ỉïc chãú àn mn khạc âäúi våïi nhỉỵng hãû thäúng håüp kim khạc Tạc nhán ỉïc chãú hỉỵu cå âỉåüc cáúu tảo båíi sỉû hiãûn diãûn ca cạc nhọm phán cỉûc S, N, OH-, Se, P Nhỉỵng hiãûu qu chäúng àn mn ca phán tỉí hỉỵu cå âỉåüc ci tiãún båíi kêch cåỵ låïn, thiãúu cán âäúi, phán tỉí nàûng v tè lãû electron cao Nhỉỵng håüp cháút hỉỵu cå khạc âỉåüc chè åí bng 2.6 Mäüt säú tạc nhán ỉïc chãú hỉỵu cå våïi ạp sút bay håi thêch håüp s dãù bay håi v âng trãn ton bäü thãø têch bãư màût Nhỉỵng håüp cháút ỉïc chãú ny âãưu lm tàng kh nàng chäúng lải sỉû àn mn ca bãư màût kim loải â âỉåüc bao ph Bng 9.4 9.4 Cáúu trục ca mäüt säú cháút hỉỵu cå ỉïc chãú àn mn âiãøn hçnh 2.4.2.3 Phỉång phạp ỉïc chãú àn mn khạc 142 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com a Tạc nhán ỉïc chãú ca polyanilin Háưu hãút tạc nhán ỉïc chãú vä cå, hỉỵu cå tảo låïp bo vãû trãn bãư màût kim loải v ngàn cn kim loải bë àn mn Nhỉng mäüt säú håüp cháút hỉỵu cå bo vãû kim loải sỉû àn mn våïi nhiãưu cạch khạc Mäüt säú polyme dáùn âiãûn, âàûc biãût l polyanilin âỉåüc sỉí dủng ỉïc chãú àn mn Låïp ph polyme ny cọ hiãûu qu ỉïc chãú àn mn nhỉng hoảt âäüng khäng mng thủ âäüng Låïp ph polyanilin oxi họa bãư màût thẹp v hçnh thnh låïp bo vãû oxit thủ âäüng (γ-Fe2O3) Polyanilin cọ thãú oxi họa cao Vç váûy, dãù dng bë khỉí båíi sỉû oxi họa thẹp Trong trỉåìng håüp täưn tải vãút xỉåïc trãn bãư màût låïp thç xy sỉû oxi họa polyanilin mäi trỉåìng àn mn thay vç oxi họa thẹp Do âọ, thẹp bë phán cỉûc catät, sỉû àn mßn thÐp gi¶m b Kãút qu thỉûc nghiãûm: Qua hçnh chủp bàòng kênh hiãøn vi cho tháúy nh hỉåíng ca polyanilin âãún tạc nhán ỉïc chãú Thẹp hçnh thnh låïp gè mäi trỉåìng àn mn trung tênh, vç thãú chụng ta cọ thãø biãút âỉåüc mỉïc âäü àn mn Nãưn Ph polyanilin polyanilin Hçnh 9.6 nh chủp máùu ph polyanilin ngám dung dëch NaCl 3,5% sau giåì 9.6 9.6 C¸c ph−¬ng ph¸p ®iƯn hãa b¶o vƯ kim lo¹i 9.6.1 Phỉång phạp bo vãû catät 9.6.1.1 Ngun t¾c chung Trong thût ngỉỵ chung, bo vãû catät l sỉû lm gim thãú ca mäüt kim loải hồûc håüp kim tåïi mäüt giạ trë lm cho sỉû àn mn bàòng hồûc khäng âạng kãø Sỉû gim thãú âiãûn cỉûc ny âỉåüc gáy båíi cạch ạp ®Ỉt dßng ®iƯn bªn ngoµi hc b»ng an«t hy sinh Bo vãû catät tçm tháúy hỉỵu êch låïn nháút ca cho låïp thẹp ph cacbon, kẹo di tøith ca cạc âỉåìng äúng dáùn chän âáút hng ngn dàûm, bçnh chỉïa dáưu v khê 143 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com âäút, cạc cäng trçnh khoan dáưu ngoi khåi, v tu thy v mäüt säú thiãút bë dủng củ họa hc Hy xem xẹt phn ỉïng àn mn sàõt dung dëch long â âỉåüc thoạng khê Phn ỉïng anät v catät tỉång ỉïng xy sau: Anot: Fe → Fe2+ + 2e Catät: O2 + 2H2O + 4e → 4OHTrãn anät, sàõt tan tảo thnh Fe2+ v electron Trãn catät, khê oxi phn ỉïng våïi nỉåïc v electron tảo ion OH- Nãúu phỉång phạp bo vãû catät âỉåüc ạp dủng cho phn ỉïng ny thç s xút hiãûn sỉû phán cỉûc Sỉû phán cỉûc catät ny lm gim täúc âäü sỉû tan ca sàõt våïi mäüt lỉåüng thỉìa electron trãn bãư màût anät, cng sỉû tàng täúc âäü khỉí oxi tảo OH- Nh− vËy, bo vãû catät l lm gim hồûc loải b han ton quạ trçnh àn mn kim loải nhåì phán cỉûc catät kim loải bàòng dng âiãûn ngoi hồûc näúi chụng våïi mäüt anät hy sinh (thỉåìng l Mg, Zn, Al) Dng âiãûn ạp âàût cho phán cỉûc catät âỉåüc cung cáúp båíi mäüt mạy chènh lỉu dng âiãûn xoay chiãưu tỉì ngưn âiãûn thnh dng âiãûn mäüt chiãưu Anät chäúng àn mn bo vãû kim loải bàòng cạch kãút näúi cäng trçnh âọ våïi mäüt kim loải thỉï hai gi l “anät hy sinh” Hçnh 9.7 9.7 Âỉåìng cong phán cỉûc cọ bo vãû catät 144 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trỉåìng håüp ngưn âiãûn sỉí dủng l dng âiãûn cung cáúp tỉì mäüt ngưn âiãûn (àõc quy, mạy chènh lỉu cung cáúp bàòng cạch chuøn dng âiãûn xoay chiãưu thnh dng âiãûn mäüt chiãưu ) thç gi l bo vãû catät bàòng dng ngoi Khi âọ anät (kãø c loải âỉåüc gi l trå) cng phi âënh k thay thãú vç bë àn mn Ngưn âiãûn âỉåüc sinh tỉì kim loải cọ thãú âiãûn cỉûc ám hån tan vo mäi trỉåìng tảo ra, âọ ta gi l anät hy sinh hay protector Loải ny cng phi âỉåüc thay thãú bàòng anät måïi bë tan hãút 9.6.1.2 9.6.1.2 Cạc phỉång phạp bo vãû catät catät a Dng dng âiãûn ạp âàût: Så âäư bo vãû catät bàòng dng âiãûn ngoi âỉåüc nãu hçnh 9.8 Bộ chỉnh dòng Đất Đường ống Điện cực C Hçnh 9.8 9.8 Bo vãû catät bàòng dng ngoi Trong hçnh 9.8, mạy chènh lỉu cung cáúp mäüt dng âiãûn bàòng cạch chuøn họa dng âiãûn xoay chiãưu thnh dng âiãûn mäüt chiãưu v dng âiãûn ny chuøn electron tỉì anät (than chç trå) âãún catät (âỉåìng äúng chän dỉåïi âáút) Vç váûy, sỉû phán cỉûc catät lm gim täúc âäü àn mn âỉåìng äúng dáùn b Bo vãû catät bàòng anät hy sinh (protector) Kim loải cáưn bo vãû âỉåüc näúi våïi kim loải cọ thãú âiãûn cỉûc ám hån 145 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Dáy dáùn âiãûn Âáút Âỉåìng äúng cáưn bo vãû Mäúi hn Protector v bc hoảt họa Hçnh 9.9 Bo vãû catät bàòng anät hy sinh Khi âỉåüc hn våïi protector, âiãûn thãú ca kim loải gim xúng v dáưn äøn âënh åí giạ trë nh hån EKLcb, kim loải tråí thnh catät v khäng bë àn mn, trại lải protector bë àn mn mảnh hån Nghéa l, phn ỉïng ca càûp pin galvanic giỉỵa hai kim loải âỉåüc phạt triãøn, cáúu trục kim loải b¶o vƯ càûp pin galvanic ny âỉåüc phán cỉûc åí catät, cn kim loải hoảt âäüng l anät bë tan Âọ l sỉû hy sinh ca anät âãø bo vãû catät bàòng cạch phạ hy chênh Vç váûy, anät hy sinh phi âỉåüc thay thãú âënh k chụng bë sỉû tan hãút Nhỉ hçnh v ta tháúy, âãø kim loải âỉåüc bo vãû, mäüt màût protector phi âỉåüc näúi dáùn âiãûn våïi kim loải cáưn bo vãû (hn, ghẹp näúi bàòng buläng, âinh tạn, ); màût khạc, protector phi âỉåüc âàût cng mäi trỉåìng våïi kim loải cáưn bo vãû åí nåi cọ âiãûn tråí tháúp nháút âãø ln trç mảch âiãûn khẹp kên Trong càûp pin galvanic giỉỵa hai kim loải khäng giäúng dng galvanic bo vãû catät âäúi våïi kim loải qu hån v ỉu tiãn tan kim loải hoảt âäüng hån Vç váûy, dng electron truưn tỉì anät chäúng àn mn hoảt âäüng âãún cäng trçnh catät Vê dủ, phn ỉïng anät tải catät (Fe → Fe2+ + 2e) bë gim âi båíi sỉû thỉìa electron anät hy sinh cung cáúp Trong âọ, sỉû khỉí oxi tan v khê hro (2H2O + 2e → H2 + 2OH-) l 146 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com tàng nhanh hån Theo ngun tàõc, báút cỉï hai kim loải hay håüp kim l càûp pin galvanic, kim loải hay håüp kim hoảt âäüng hån tråí thnh anät hy sinh v kim loải hay håüp kim cn lải l catät âỉåüc bo vãû Vê dủ: Trong mäi trỉåìng dáùn âiãûn täút biãøn thç protector âỉåüc gàõn trỉûc tiãúp vo bãư màût kim loải Cạch ny thỉåìng âỉåüc dng cho tu thy (hçnh 9.10) v cho cạc äúng dáùn nỉåïc biãøn (hçnh 9.11) Hçnh 9.10 9.10 Bo vãû tu thy bàòng protector Zn Hçnh 9.11 9.11 Bo vãû äúng dáùn bàòng protector Zn ÄÚng dáùn bàòng thẹp; Låïp ph bã täng; Protector Zn 9.6.2 Bo vãû anät Ngun l bo vãû anät khạc hàón bo vãû catät Trong bo vãû anät, âiãûn thãú àn mn âỉåüc tàng cho nàòm khu vỉûc thủ âäüng ca gin âäư Pourbaix Do âọ, phỉång phạp bo vãû anät chè ạp dủng cho nhỉỵng kim loải cọ thãø bë thủ âäüng Hçnh 9.12 cho tháúy så âäư âiãûn v hçnh 9.13 cho tháúy âỉåìng cong phán cỉûc bo vãû anät 147 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Trong quạ trçnh bo vãû anät, ta phi tàng âiãûn thãú àn mn âãún âiãûn thãú låïn hån âiãûn thãú khåíi âáưu thủ âäüng EMetâ, täúc âäü àn mn báy giåì bàòng itâ, tỉïc máût âäü dng àn mn åí trảng thại thủ âäüng Chụ : Mún dng àn mn äøn âënh åí trảng thại thủ âäüng itâ thç thåìi gian bàõt âáưu bo vãû anät, dng âiãûn phi vỉåüt qua dng tåïi hản ith Hçnh 9.12 9.13 Âỉåìng cong phán cỉûc 9.12 Så âäư âiãûn Hçnh 9.13 bo vãû anät bo vãû anät (1): Ngưn (2): Âäúi tỉåüng bo vãû (3): Âiãûn cỉûc so sạnh (1): Âỉåìng cong phán cỉûc catät (2): Âỉåìng cong phán cỉûc anät cọ thủ âäüng EcbMe: âiãûn thãú cán bàòng ca quạ trçnh anät Vê dủ: Âãø bo vãû mäüt bçnh bàòng thẹp cacbon tháúp chỉïa H2SO4 nọng, khåíi âáưu quạ trçnh bo vãû anät ta phi âàût vo mäüt dng âiãûn låïn hån máût âäü dng tåïi hản khong 3A/m2 Sau âảt trảng thại thủ âäüng, ta chè cáưn trç máût âäü dng bo vãû khong 0,2 A/m2 Bo vãû anät âi hi cọ ngưn âiãûn phi bo qun khäng bë hng, bë máút quạ trçnh lm viãûc Täút nháút chè sỉí dủng cạc mäi trỉåìng àn mn mảnh (thỉåìng gàûp cäng nghiãûp họa hc) v chè ạp dủng âäúi våïi cạc kim loải cọ thủ âäüng 148 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com quạ trçnh àn mn Vç khäng gáy ä nhiãùm mäi trỉåìng, bo vãû anät s ráút cọ hiãûu qu nãúu táûn dủng âỉåüc cạc ngưn nàng lỉåüng tỉû nhiãn thy triãưu, sỉïc giọ 9.7 9.7 Tỉ hỵp c¸c ph−¬ng ph¸p b¶o vƯ kim lo¹i Trong thỉûc tãú, ngỉåìi ta khäng sỉí dủng riãng mäüt phỉång phạp bo vãû m thỉåìng kãút håüp cạc phỉång phạp cho håüp l v kinh tãú nháút Vê dủ: - Âãø bo vãû cạc kãút cáúu kim loải lm viãûc nỉåïc biãøn, ngỉåìi ta thỉåìng kãút håüp giỉỵa phỉång phạp sån ph bo vãû våïi phỉång phạp bo vãû bàòng protector hồûc bàòng dng âiãûn ngoi - Phỉång phạp oxi họa v photphat họa bãư màût thỉåìng âỉåüc sỉí dủng lm låïp nãưn cho sån ph - Bo vãû cạc äúng dáùn âàût ngáưm thç ngỉåìi ta kãút håüp sỉí dủng cạc låïp bao ph ngàn cạch (bitum, ximàng ) våïi bo vãû catät bàòng dng âiãûn ngoi hay protector - Trong cạc kãút cáúu xáy lọt bo vãû thiãút bë bàòng cạc váût liãûu dảng viãn (gảch chëu axit) thç låïp ngoi cng l gảch chëu axit cọ âäü bãưn cå hc cao, chëu nhiãût täút nhỉng chäúng tháúm kẹm Do váûy, låïp ngỉåìi ta hay lọt bàòng cạc váût liãûu dảng cün cọ chäúng tháúm täút nhỉng kh nàng chëu nhiãût kẹm hån Låïp chäúng tháúm nàòm sạt bãư màût phi cọ ân häưi, âọng vai tr b dn nåí nhiãût Âáy l âiãưu âàûc biãût quan trng âäúi våïi thiãút bë lm viãûc åí nhiãût âäü cao v kêch thỉåïc låïn Viãûc lỉûa chn chiãưu dy ca cạc låïp kãút cáúu bo vãû phi càn cỉï vo phỉång trçnh truưn nhiãût âãø âm bo âäü bãưn ca låïp chäúng tháúm C©u hái vµ bµi tËp a- Cho biÕt nh÷ng ®Ỉc tr−ng cđa ¨n mßn ®iƯn ho¸ b- Cho biÕt ®iỊu kiƯn ®Ĩ kim lo¹i bÞ ¨n mßn ®iƯn hãa víi chÊt khư cùc H+ vµ O2 a- Cho biÕt sù gièng vµ kh¸c cđa ¨n mßn hãa häc vµ ¨n mßn ®iƯn hãa kim lo¹i b- Tr×nh bµy c¬ së cđa ph−¬ng ph¸p an«t hy sinh ®Ĩ b¶o vƯ kim lo¹i Tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p cat«t b¶o vƯ kim lo¹i chèng ¨n mßn ®iƯn hãa H·y cho biÕt vai trß cđa c¸c lo¹i chÊt øc chÕ chèng ¨n mßn kim lo¹i §Ĩ b¶o vƯ kim lo¹i nỊn b»ng thÐp, ng−êi ta m¹ lªn ®ã mét líp m¹ b»ng Zn hc Ni Gi¶i thÝch hiƯn t−ỵng x¶y cho hai mÉu thÐp ®· m¹ Zn hc Ni ®ã tiÕp xóc víi dung dÞch chÊt ®iƯn li, nÕu nh− líp m¹ bÞ bong mét phÇn vµ cho biÕt tªn cđa ph−¬ng ph¸p b¶o vƯ ®ã 149 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Cho biÕt ϕO(Fe2+/Fe) = -0,44V; ϕO(Zn2+/Zn) = -0,76V; ϕO(Ni2+/Ni) = -0,25V TÝnh ®é lín cđa dßng ¨n mßn trªn mét tÊm kÏm 0,25cm2 tiÕp xóc víi mét tÊm s¾t cïng diƯn tÝch m«i tr−êng n−íc ë 25oC Dßng trao ®ỉi cđa kÏm vµ s¾t b»ng vµ b»ng 10-6A/cm2, [Fe2+] = [Zn2+] = 10-6 mol/l Trong c¸c kim lo¹i sau ®©y, kim lo¹i nµo cã xu h−íng bÞ ¨n mßn kh«ng khÝ Èm ë pH = 7: Fe, Cu, Pb, Al, Ag, Cr, Co? ChÊp nhËn nång ®é ion tèi thiĨu ®Ĩ ¨n mßn x¶y lµ 10-6M ViÕt c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng an«t, cat«t cđa ®iƯn cùc Fe vµ ®iƯn cùc Cu nhóng dung dÞch kiỊm b·o hßa oxi ë ®iỊu kiƯn pH = 14, PO2 = 1atm X¸c ®Þnh xem c¸c kim lo¹i Fe, Cu cã bÞ ¨n mßn kh«ng? Gi¶ sư nång ®é cđa chóng dung dÞch ®Ịu b»ng 10-6M Hai ®Çu cđa ®−êng èng thÐp ®−ỵc nhóng vµo hai dung dÞch kh¸c nhau:mét ®Çu dung dÞch chøa 0,02M Fe2+, ®Çu dung dÞch chøa 10-6M Fe2+ X¸c ®Þnh xem ®Çu nµo cđa ®−êng èng bÞ ¨n mßn X¸c ®Þnh hiƯu thÕ gi÷a hai ®Çu èng chóng võa ®−ỵc ®Ỉt vµo c¸c m«i tr−êng trªn 10 10 Mét bĨ chøa h×nh trơ cã ®−êng kÝnh 50cm, chiỊu cao 1m b»ng thÐp cacbon trung b×nh, chiỊu dµy thµnh lµ mm, l−ỵng n−íc chøa bĨ b»ng 60% thĨ tÝch Sau tn bĨ bÞ ¨n mßn mÊt 304g a) X¸c ®Þnh dßng ¨n mßn vµ mËt ®é dßng ¨n mßn cđa bĨ Gi¶ sư bĨ bÞ ¨n mßn ®Ịu vµ coi tèc ®é ¨n mßn thÐp nh− lµ Fe ë cïng ®iỊu kiƯn b) X¸c ®Þnh ti thä cđa bĨ, biÕt r»ng bĨ chØ lµm viƯc an toµn víi chiỊu dµy thµnh tèi thiĨu lµ 2mm 150 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tµi liƯu tham kh¶o TrÇn HiƯp H¶i-TrÇn Kim Thanh, Gi¸o tr×nh Ho¸-LÝ T3, Nhµ xt b¶n Gi¸o dơc 1983 Ngun V¨n T, Ho¸ lý T4, Nhµ xt b¶n Gi¸o dơc - Hµ néi 1999 Phan L−¬ng CÇm, ¡n mßn vµ b¶o vƯ kim lo¹i, Tr−êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ néiTr−êng ®¹i häc Kü tht Delft Hµ Lan, Hµ néi 1985 Ngun V¨n D - TrÇn HiƯp H¶i, Bµi tËp ho¸ lÝ, Nhµ xt b¶n Gi¸o dơc - Hµ néi 1987 TrÇn HiƯp H¶i, Ph¶n øng ®iƯn ho¸ vµ øng dơng, Nhµ xt b¶n Gi¸o dơc - Hµ néi 2002 Ngun H÷u Phó, Ho¸ lý vµ Ho¸ keo, Nhµ xt b¶n KH&KT - Hµ Néi 2003 Ngun Kh−¬ng, §iƯn hãa häc, Nhµ xt b¶n KH&KT - Hµ Néi 1999 Tr−¬ng Ngäc Liªn, §iƯn hãa lý thut, Nhµ xt b¶n KH&KT - Hµ Néi 2000 L©n Ngäc ThiỊm, TrÇn HiƯp H¶i, Ngun ThÞ Thu, Bµi tËp Ho¸ lý c¬ së, Nhµ xt b¶n KH&KT - Hµ Néi 2003 10 Ngun V¨n T−, ¨n mßn vµ b¶o vƯ vËt liƯu, Nhµ xt b¶n KH&KT - Hµ Néi 2002 11 TrÞnh Xu©n SÐn, §iƯn ho¸ lý thut, Nhµ xt b¶n KH&KT - Hµ Néi 2005 12 L.I Antropov, Theoretical Electrochemistry, Mis Publishers, Moscow 1977 13 R.Gaboriaud, Physico-Chimie des Solutions, Masson, Paris 1996 14 J Volke- F Liska, Electrochemistry in Organic Synthesis, Springer- Verlag 1994 15 C.A.C Sequeira, Environmental Oriented Electrochemistry, Elsevier, amsterdamLondon-New york-Tokyo, 1994 16 Denny A Jones, Principle and prevention of corrosion, Prentice Hall - USA - 1996 17 Carl H Hamann, Electrochemistry, New York - Weinheim - Toronto - 1998 18 Demetrios Kyriacou, Modern Electroorgani chemistry, Springer- Verlag, Berlin NewYork - London - 1994 151 [...]... 4 Sự dẫn điện của dung dịch điện ly 4.1 Độ dẫn điện của dung dịch chất điện li Dựa vào khả năng dẫn điện của các chất, ngời ta chia các chất thành năm nhóm dẫn điện sau: 1- Chất điện môi còn gọi là chất cách điện có điện trở suất lớn hơn 108 .cm 2- Chất dẫn điện loại 1 hay chất dẫn điện electron Đó là các kim loại, oxit Điện trở suất bằng 10-6 ữ 10-3 .cm 3- Chất dẫn điện loại 2 hay chất dẫn điện ion... cực là nhờ có những ion tự do Khả năng dẫn điện của dung dịch chất điện li đợc đặc trng bằng đại lợng độ dẫn điện Độ dẫn điện của chất điện ly đợc biểu diễn qua độ dẫn điện riêng và độ dẫn điện đơng lợng 4.1.1 Độ dẫn điện riêng Độ dẫn điện riêng là độ dẫn điện của một khối dung dịch có chiều dài l = 1cm và tiết diện S = 1cm2 Hình 4.1: Sơ đồ bình đo độ dẫn điện 33 Simpo PDF Merge and Split Unregistered... tử và không phụ thuộc vào phân tử lợng chất đa điện ly 3.9.2 Chất điện ly nóng chảy Nhiều quá trình điện hóa đợc tiến hành trong chất điện ly nóng chảy nh sản xuất nhôm, điều chế các kim loại kiềm Chất điện ly nóng chảy còn đợc sử dụng trong kỹ thuật hạt nhân, trong các pin nhiên liệu Thành phần chủ yếu trong chất điện ly nóng chảy là các ion Do đó, chất điện ly nóng chảy đợc gọi là chất lỏng ion nóng... 2 hay chất dẫn điện ion Độ dẫn điện của nó do các ion quyết định 4- Chất dẫn điện hỗn hợp bao gồm cả dẫn điện electron và dẫn điện ion Ví dụ nh các dung dịch kiềm và kiềm thổ trong amoniac 5- Chất bán dẫn là chất mà cấu tử chuyển tải dòng điện là do các electron và các lỗ trống Nh vậy, đối với dung dịch chất điện ly (vật dẫn loại 2) thì khi có dòng điện đi qua, lợng điện đợc chuyển về hai cực là nhờ... Độ dẫn điện riêng kí hiệu là Độ dẫn điện riêng bằng nghịch đảo của điện trở riêng : = 1/ Ta có R = = l RS l S (4.1) = R S l ( -1cm-1) (4.2) Thứ nguyên của có thể dùng là: Sm.cm-1, với Sm = -1 (đọc là simen) 4.1.2 Độ dẫn điện đơng lợng Độ dẫn điện đơng lợng là độ dẫn điện của một khối dung dịch chứa đúng một đơng lợng gam chất tan, đặt giữa hai điện cực cách nhau 1cm Kí hiệu của độ dẫn điện đơng... đồng hoá trị, cation là Na+ (gọi là đối ion) Trong dung dịch đa điện ly có các macroion, những nhóm tích điện của chúng liên kết với nhau bởi liên kết hóa học và một lợng tong đơng các ion ngợc dấu Khi pha loãng các dung dịch điện ly bình thờng khoảng cách giữa các ion tăng và lực tơng tác giảm Đối với các chất đa điện ly, các nhóm tích điện của các macroion luôn luôn đợc phân bố cách nhau một khoảng... hằng số điện môi Quá trình chuyển các quả cầu tích điện từ chân không vào môi trờng đợc chia thành 3 giai đoạn: 1- Sự phóng điện quả cầu trong chân không 2- Sự chuyển các quả cầu khong tích điện từ chân không vào dung môi 3- Sự tích điện của quả cầu trong môi trờng ở đây giả thiết rằng công của giai đoạn 2: W2 = 0, và để tính công của các giai đoạn 1 và 3 (W1 và W3) ta sử dụng các định luật tĩnh điện. .. nguyên -1.cm2.đlg-1 Giữa độ dẫn điện riêng và độ dẫn điện đơng lợng liên hệ với nhau theo biểu thức: = .V (4.2) (V:độ pha loãng dung dịch, là số ml dung dịch chứa 1đlg chất điện ly) V= 1000 CN = 1000 CN (4.3) Từ (4.3) ta thấy, khi CN 0 thì tiến tới một giá trị giới hạn, gọi là độ dẫn điện đợng lợng giới hạn: 4.1.3 Các yếu tố ảnh hởng đến độ dẫn điện Độ dẫn điện của chất điện li bị ảnh hởng bởi các... và độ dẫn điện tăng tỉ lệ thuận với số ion, nó tăng khi nồng độ tăng Trong các dung dịch đậm đặc hơn của chất điện ly mạnh mây ion làm giảm tốc độ chuyển động ion vì thế làm giảm độ dẫn điện Đối với chất điện ly yếu (CH3COOH) mật độ mây ion nhỏ tốc độ chuyển động của ion ít phụ thuộc vào nồng độ, nhng khi nồng độ dung dịch tăng làm giảm đáng kể độ điện ly, vì vậy làm giảm độ dẫn điện Độ dẫn điện đơng... biểu thức entanpi solvat hóa: H S = N A Z i eo 2 T d (1 ) 8 o ri dT (2.12) Phơng trình (2.12) gọi là phơng trình Born - Berrum Các kết quả tính theo phơng trình (2.10) và (2.12) đối với sự hydrat hóa các cation kim loại kiềm và các anion halogen đợc trình bày trong bảng 2.2 Bảng 2.2: Năng lợng tự do và entanpi hydrat hóa tính theo mô hình Born ở 25oC Ion Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+ FCl Br I- - GS (kJ/mol) 1143