Анотація до роботи:

Берладин І.В. Часова та просторова самоорганізація в електрохімічних системах. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук зі спеціальності 02.00.05 – електрохімія. – Український державний хіміко-технологічний університет МОН України, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертаційна робота присвячена вивченню електрохімічних систем, у яких можуть виникати дисипативні структури.

Для встановлення залежності появи та існування часової та просторової самоорганізації від різноманітних параметрів було проведено комплекс досліджень з використанням електрохімічних та оптичних методів. Аналіз побудованих математичних моделей систем з анодним розчиненням та катодним осадженням металів здійснювався з використанням лінійної теорії стійкості та біфуркаційного аналізу.

Встановлено, що проведення електрохімічного виділення міді з відпрацьованих розчинів у випадку чотирьохелектродної комірки є найбільш енергетично вигідним при умові горизонтального розміщення електродів і наявності бенарівської конвективної циркуляції у верхньому і нижньому міжелектродних просторах.

Показано, що одним із визначальних факторів, які зумовлюють автоколивання струму при анодному розчиненні та катодному осадженні металів, може бути виділення газу на електродах.

Проведено порівняння теоретично одержаних залежностей частоти та амплітуди коливань від концентрації в розчині іонів гідрогену з експериментальними даними.

Визначено залежність стійкості системи до появи часового дисипативного структурування у випадку електрохімічного полірування хрому від температури і наявності у розчині іонів металу.

Результати роботи і запропоновані моделі можуть бути застосовані для збільшення ефективності використання у хімічній промисловості процесів далеких від рівноваги.

1. Для системи Cu|CuSO₄,H₂O|Cu експериментально встановлено залежність появи виграшу енергії за рахунок утворення просторових дисипативних структур від температури розчину та концентрації фонового електроліту при міжелектродних віддалях м:

знайдено, що підвищення температури від 293 до 323 К та зростання міжелектродної віддалі від 0,510^-3 до 510^-3 м сприяє збільшенню сили струму, при якій виникає дисипативне структурування. Зростання ж концентрації фонового електроліту приводить до дестабілізації системи (сила струму виникнення виграшу енергії за рахунок утворення конвективних комірок зменшується);

встановлено, що відношення міжелектродних напруг при розташуванні анода над катодом та навпаки до виникнення структур не співпадають через утворення пасиваційної плівки на поверхні катода;

знайдено, що при використанні електродів площею 410^-4 м², відстань між якими складала 0,510^-3 – 310^-2 м, розшарування комірок на прикатодні та прианодні не відбувається.

2. Встановлено, що застосувати чотирьохелектродну комірку для вилучення міді з відпрацьованих розчинів травлення друкованих плат найбільш енергетично вигідно при розташуванні електродів таким чином, щоб бенарівська конвекція виникала у верхньому і нижньому міжелектродних просторах.

3. Створено математичні моделі автоколивного процесу при анодному розчиненні та катодному осадженні металу, які ґрунтуються на системі нелінійних диференціальних рівнянь для зміни в часі площі, зайнятої пасиваційною плівкою, поверхневої концентрації іонів металу та концентрації цих іонів на віддалі _х від електрода, де спостерігається максимум концентраційної хвилі, яка утворюється під час виділення газу на поверхні електроду. Одержані моделі прогнозують можливість існування в певних умовах осциляцій струму в системі, що підтверджується за допомогою комп’ютерного аналізу моделей і узгоджується з експериментальними даними.

4. При дослідженні електрохімічної системи з метою визначення умов існування коливної нестійкості встановлено, що:

стійкість системи до виникнення автоколивань зростає при підвищенні температури розчину, зменшенні концентрації компонентів та заміні частини іонів Н⁺ на іони металу;

амплітуда коливань струму зростає зі збільшенням концентрації розчину, оскільки при цьому зростає концентрація носіїв струму;

частота осциляцій зростає зі збільшенням концентрації іонів Н⁺ у випадку розчинів малої та середньої концентрації завдяки зменшенню стійкості пасиваційної плівки. Подальше зростання концентрації компонентів призводить до різкого збільшення в’язкості розчину і уповільнення внаслідок цього доставки іонів гідрогену до поверхні електрода, що зумовлює зменшення частоти коливань.