پروژه آماده: بررسی کاربرد الکتروشیمی در مهندسی شیمی و الکترودهای دی اکسید سرب (78 صفحه فایل ورد - word)

چکیده:

الکتروشیمی ، شاخه ای از علم شیمی است و به مطالعه پدیده هایی می پردازد ، که در نتیجه تماس یک هدایت کننده الکترونی و یک هدایت کننده الکترولیتی رخ می دهد . مهمترین مباحث الکتروشیمی به فرآیندهای انجام یافته روی الکترود ها هنگام تولید جریان الکتریسیته در پیل الکتروشیمیایی و یا عبور آن از محلول و انجام پدیده تجزیه الکتریکی معروف به الکترولیز می باشد .

بسیاری از مفاهیمی که امروزه به عنوان اصول شیمی در جهان پذیرفته شده اند ، از الکتروشیمی نشأت گرفته اند و توسعه ای که در بسیاری از زمینه ها نظیر جلوگیری از خوردگی ، تولید نیرو ، بیوشیمی ، زیست شناسی سلولی ، در آینده به دست خواهد آمد ، همه بستگی زیادی به استفاده از اصول الکتروشیمی دارند . شیمی دانها اندازه گیری های الکتروشیمیایی را بر روی سیستمهای شیمیایی به دلایل مختلفی انجام می دهند ، آنها ممکن است داده های ترمودینامیکی یک واکنش را بدست بیاورند ، یا ممکن است که بخواهند یک حد واسط ناپایدار مانند یک یون رادیکال را بوجود آورند ، یا سرعت از بین رفتن آن و خواص اسپکتروسکوپی آن را مطالعه کنند و یا ممکن است یک محلول برای اندازه گیری مقادیر کم یونهای فلزی و یا ترکیبات آلی موجود در آن را مورد بررسی قرار دهند .

1-2 : کاربرد الکتروشیمی در شیمی آلی

با اجرای الکتروسنتزها ، می توان محصولات آلی متعددی را بدست آورد . در واقع دامنه کاربرد الکتروشیمی ، در سنتز مواد آلی بسیار وسیع است . بطور کلی ، کلیه اجسا می که قادر به دریافت الکترون ویا از دست دادن الکترون باشند، باید آمادگی مشارکت در یک عمل الکترولیز را داشته باشند . به عبارت دیگر ، تمام واکنشهای اکسیداسیون ـ احیاء مواد آلی به روش شیمیایی باید به طریق الکتروشیمی نیز امکان پذیر باشند . الکتروشیمی آلی سابقه ای بسیار قدیمی دارد . در سال 1834 ، فاراده تشکیل اتان از اکسیداسیون یون استات در محیط آبی را گزارش کرد

2CH 3COO – 2e 2CO2 + C2 H 6

در سال 1843 الکترولیز معروف کلب ¹ انجام گرفت که واکنش اکسیداسیون کربوکسیلیک اسیدها در حلال دی متیل فرمامید با آندی از جنس پلاتین بود .

2RCOO – 2e 2CO2 + R-R

در این واکنش نمک کربوکسیلیک اکسید می شود و یک هیدروکربن تولید می گردد. یک ترکیب آلی در اثر اکسیداسیون ، نهایتاٌ به دی اکسید کربن و آب تبدیل میشود ، حال آنکه این دو محصول واقعا آن چیزی نمی باشند که ما می خواهیم از یک واکنش الکتروشیمیایی به دست آوریم . وقتی به واکنش کلب نگاه می کنیم ، می بینیم که حلال ، درجه حرارت و غلظت واکنشگرها می تواند بر نتیجه سنتز تأثیر بگذارد .

در ابتدای قرن 20 ، تغییر ماهیت بسیاری از مواد آلی ، به طریق الکتروشیمی بررسی گردید . در سال 1940 میلادی در یک بررسی انجام شده توسط فیچتر . .اطلاعات مهمی در ارتباط با سنتزهای الکتروشیمیایی ارائه شده است و در سال 1952 میلادی اکسیداسیون آندی فوران بعنوان یک واکنش کلیدی انجام شد و به تبع آن یک سری واکنشهای سنتزی دیگر نیز صورت گرفت .

این واکنشها از اولین موارد واکنشهای الکتروشیمیایی بر روی ترکیبات آلی بوده و تحت عنوان سنتزهای الکتروارگانیک شناخته می شوند.

فهرست مطالب:

– فصل اول : بخش تئوری

چکیده

1-1 : مقدمه 2

1-2 : کاربرد الکتروشیمی در شیمی آلی 3

1-3 : مقایسه واکنش های شیمیایی و الکتروشبمیایی 4

1-3-1 : مزایای واکنش های الکتروشیمیایی 6

1-3-2 : معایب الکتروشیمی در تهیه ترکیبات آلی 8

1-4 : واکنش های الکترودی 10

1-4-1 : طبیعت واکنش های الکترودی 11

1-5 : الکترولیز 14

1-6 : انواع واکنش های الکتروارگانیک 16

1-7 : دسته بندی سیستم های الکترولیز بر اساس واکنش های الکترودی 21

1-7 : طراحی سلها بر اساس نوع واکنش الکتروشیمیایی 22

1-8 : روشهای الکترولیز 25

1-9 : مفاهیم اصلی و طرح واکنش های سنتز الکتروشیمیایی 27

1-9-1 : تعویض قطبیت ماده اولیه 27

1-9-2 : انتقال الکترون و واکنش شیمیایی 28

1-10 : الکترواکسیداسیون ، دستگاه ها و وسایل الکترولیز 33

1-11 : عوامل موثر در الکترواکسیداسیون 34

1-11-1 : انتخاب الکترود 34

1-11-2 : دیافراگم37

1-11-3 : نقش حلال و الکترولیت حامل 38

1-11-4 : همزن و منبع جریان 44

1-11-5 : دما 45

1-11-6 : مقدار الکتریسته عبوری از سل 46

1-11-7 : مقیاس واکنش 46

1-12 : فرایندهای انتقال جرم و مبادله الکترون 46

1-12-1 : انتشار 47

1-12-2 : مهاجرت 47

1-12-3 : همرفت 48

1-13 : انتقال جرم در مقیاس آزمایشگاهی 49

1-14 : انتقال جرم در مقیاس صنعتی 50

1-15 : شرایط الکترولیز و برگزیدگی محصول 53

1-16 : نتیجه گیری 56

فصل دوم : الکترودهای دی اکسید سرب

2-1 : مقدمه 60

2-2 : روشهای تهیه دی اکسید سرب 61

2-2-1 تهیه دی اکسید سرب به روش شیمیایی 61

2-2-2 : تهیه دی اکسید سرب به روش الکتروشیمیایی 62

2-3 : انواع الکترود دی اکسید سرب 63

2-4 : ویژگیها و خواص فیزیکی 64

2-4-1 : ساختمان بلوری 64

2-4-2 : نمونه های استاندارد پراش اشعه x 65

2-4-3 : قابلیت پایداری و تبدیل های درونی 65

2-4-4 : هدایت پذیری 66

2-4-5 : عوامل موثر در اکسیداسیون سرب 66

2-5 : عوامل موثر در کیفیت لایه اکسید 67

2-5-1 : غلظت الکترولیت 67

2-5-2 : درجه حرارت 68

2-5-3 : شدت جریان 68

2-5-4 : زمان اکسیداسیون 69

2-5-5 : درجه خلوص محلول الکترولیت 69

2-5-6 : حرکت محلول الکترولیت 69