350 rub
Journal Science Intensive Technologies №1 for 2011 г.
Article in number:
The effect of the nature of a solvent and hydrogenation stimulators on the kinetics of the hydrogen evolution reaction on iron and its diffusion through a steel membrane
Keywords:
iron
steel
ethylene glycol
water
cathode reaction
charge
recombination
hydrogen ions
sodium hydroarcenate
pyridine
diffusion
limiting stage
Authors:
I.V. Zarapina, N.V. Shell, E.Yu. Kopylova, V.I. Vigdorovich
Abstract:
A complex experiment was carried out to study the influence of water content (0,1-50 wt. %) in the mixed solvent C2H4(OH)2 - H2O, hydrogen chloride concentration(0,05-0,99 mol/l) and hydrogenation stimulators on (0.5 - 10 mmol/l) on the kinetics of the hydrogen evolution reaction (HER) on Armco iron and its diffusion through a St3 steel membrane under the corrosion potential of its input side.
The nature of the slowed-up stage under the studied conditions is determined by the character of the solvent-s molecules solvating the cathode-s surface. It is principally important that by means of changing the nature and content of the solvent it is possible to purposefully move from the slow discharge to the limiting stage of Hads recombination and the other way round, herewith changing the conditions and level of hydrogen absorption (hydrogenation) of solid phase. In the beginning of water content growth in the mixed solvent, the move is observable from the mechanism of slow discharge to the Volmer-Tafel mechanism with the second limiting stage. The process is controlled by the reaction of recombination at least up to 10 wt. % water inclusive. With water content ~ 80 wt. % on, HER rate is again limited by the Volmer reaction, which determines integral kinetics also in purely aqueous conditions. The presence of arsenic compounds (H3AsO4, H2AsO , HAsO ) only leads to change in the limiting stage in conditionally-anhydrous ethylene-glycol solutions, whereas the insertion of C5H5NH+
ions changes the nature of the slow stage at 2 wt. % H2O.
The mechanisms of solid-phase hydrogen diffusion do not depend on the nature of the HER slow stage. Sodium hydro-arsenate and pyridine reveal a stimulating effect over the whole studied interval of concentration. The complete scope of experimental data is satisfactorily interpreted, taking into account the equilibrium disturbance between the over-surface (Hr) and the subsurface (Hs) forms of adsorbed hydrogen, which are responsible for the formation of H2 entering into the gaseous phase and metal absorption leading to its hydrogenous fragility.
Pages: 54-65
References
- Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Различные формы адсорбированного водорода и их роль в РВВ и наводороживании металлической фазы в растворах электролитов // Коррозия: материалы, защита. 2006. № 12. С. 3-10.
- Tsygankova L.E. Vigdorovich V.I., Vigdorovich M.V. Kinetics of the Hydrogen Evolution Reaction on Iron and Hydrogen Diffusion through the Steel Membrane in Ethylene Glycol and Ethanol Solutions of Hydrochloric Acid. // Electroanalytical Chemistry Research Developments. Editor P.N. Jiang. New York. 2006. P. 135-182.
- Vigdorovich V.I., Tsygankova L.E., Zarapina I.V. Hydrogen diffusion through a steel membrane in the acidic water-ethylene glycol solutions containing pyridine in conditions of the cathodic polarization // Journal of Electroanalitical Chemistry. 2009. №636. P. 24-29.
- Вигдорович В.И., Дьячкова Т.П., Пупкова О.Л., Цыганкова Л.Е. Взаимосвязь кинетики восстановления ионов водорода на железе и поток диффузии водорода в углеродистую сталь в кислых растворах // Электрохимия. 2001. Т. 37. № 12. С. 1437-1445.
- Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е., Дьячкова Т.П. Влияние анодной поляризации на диффузию водорода через стальную мембрану в этиленгликолевых растворах НСl. // Электрохимия. 2002. Т. 38. № 6. С. 719-729.
- Цыганкова Л.Е., Вигдорович В.И., Шель Н.В., Зарапина И.В., Матвеева М.В. Влияние катодной поляризации стальной мембраны и кислотности спиртовых растворов НСl на соотношение скоростей реакции выделения водорода и его твердофазной диффузии // Электрохимия. 2007. Т. 43. № 7. С. 843-850.
- Копылова Е.Ю. Влияние As (V) и воды на кинетику разряда Н+ (Solv) на железе и диффузию водорода через стальную мембрану в кислых этиленгликолевых средах. Дис-канд. хим. наук. Тамбов. 2004.
- Зарапина И.В. Влияние сольватационных эффектов и пиридина на кинетику реакции выделения водорода и его диффузию через стальную мембрану в кислых этиленгликолевых растворах. Дис-канд. хим. наук. Тамбов. 2006.
- Вигдорович В.И., Агладзе Т.Р. Сольватационные эффекты в бинарных смесях органический растворитель-вода и кинетика электродных процессов // Электрохимия. 1975. Т. 11. № 2. С. 214-218.
- Кардаш Н.В., Батраков В.В. Методика определения водорода, диффундирующего через стальную мембрану // Защита металлов. 1995. Т. 31. № 4. С. 441-446.
- Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Кислотно-основные взаимодействия и концентрация ионов лиония и лиата в этиленгликолевых, метанольных и этанольных растворах хлористого водорода, содержащих небольшие добавки воды. // Журнал физической химии. 1976. Т. 50. № 11. С. 2968-2970.
- Вигдорович В.И., Цыганкова Л.Е. Электрохимическое и коррозионное поведение металлов в кислых спиртовых и водно-спиртовых средах. М.: Радиотехника. 2009.
- Фрумкин А.Н., Багоцкий Б.С., Иофа З.А., Кабанов Б.Н. Кинетика электродных процессов. М.: Изд-во МГУ. 1952.
- Хориути Д., Тоя Т. Хемосорбция водорода //Поверхностные свойства твердых тел / под ред. М. Грина. М.: Мир. 1972. С. 3-103.
- Тоя Т., Ито Т., Иши И. Две формы водорода поверхности металла// Электрохимия. 1978. Т. 14. № 5. С. 703-710.
- Вигдорович В.И., Дьячкова Т.П., Цыганкова Л.Е. Влияние природы растворителя на диффузию водорода через стальную мембрану в условиях анодной и катодной поляризации// Химия и химическая технология. 2001. Т. 44. Вып. 2. C. 80-86.