Для выяснения механизма электровосстановления ионов самария в хлоридных и хлоридно-фторидных расплавах мы провели анализ вольтамперных зависимостей на серебряном и платиновом электродах. Для этого был проведен расчет тока, потенциала первой волны и потенциала полуволны при различных концентрациях SmCl3 в расплаве и скоростях поляризации. Для выяснения характера электродного процесса на серебряном электроде по диагностическим критериям проведен расчет числа электронов n, переносимых в электродной реакции. Эти данные для серебряного электрода представлены в табл. N7, для платинового - в табл. N8.

Таблица N7

C(SmCl3), моль/см3(104V,

В/сi, мА/см2

первая волна-(k,

B-(/1/2k,

B0,4950,198,06

1,850

-

1,7430,1

0,252,78

82,50

1,955

1,9481,895

1,8752,120,01

0,02

0,05

0,1

0,29,38

21,88

37,50

68,31

97,491,865

1,870

1,880

1,880

1,890-

1,830

1,830

1,820

1,830

2,970,1

0,268,75

115,631,965

1,9551,910

1,870

Таблица N8

C(SmCl3), моль/см3(104V,

В/сi, мА/см2

первая волна-(k,

B-(/1/2k,

B0,4950,133,55

1,530

-

1,150,1

55,72

1,7051,5601,7430,1

101,981,9401,860

Отсутствие явного диффузионного пика на вольтамперных зависимостях на серебряном электроде свидетельствует о том, что процесс сопровождается химической реакцией, что также подтверждается видом кривой зависимости ip/V1/2 - V1/2, приведенной на рис. 4.10.

Анализ стационарных кривых по уравнению Гейровского - Ильковича дает число электронов для процесса, соответствующего первой волне, равное 1. Отсутствие анодной волны при потенциалах срыва, отвечающих первой волне катодного восстановления, говорит о том, что скорость последующей химической реакции значительно больше скорости развертки потенциала. С учетом сказанного можно записать уравнения электродных процессов, протекающих на первой волне катодного восстановления:

Sm3+ + e ( Sm2+ ( 1 )

2Sm2+ ( Sm3+ + Sm0 ( 2 )

На второй волне катодного восстановления происходит восстановление иона Sm3+ до металлического самария, что подтверждается появлением анодного пика при потенциалах возврата, отвечающих второй волне катодного восстановления:

SmCl63- + 3e ( Sm0 + 6Cl- ( 3 )

(существование иона Sm3+ в хлоридных расплавах при концентрациях SmCl3 0-15 мол.% в виде комплекса SmCl63- подтверждено авторами [ 29 ]).

Разность потенциалов катодной и анодной волн значительно превышает величину 2,3RT/nF, что указывает на необратимость процесса.

Анализ вольтамперных кривых на платиновом электроде позволяет сделать вывод о необратимом характере восстановления. Лимитирующей стадией процесса при скоростях поляризации (0,1 В/с является диффузия ионов к поверхности электрода. Подтверждением тому является прямо пропорциональная зависимость ток электровосстановления от концентрации SmCl3 в расплаве, приведенная на рис.4.11.

В области потенциалов -(1,0-1,5)В, соответствующей предволне в катодной части кривой, происходит сплавообразование с материалом электрода.

Анализ вольтамперных зависимостей хлоридно - фторидных расплавов позволяет сделать вывод об образовании фторидных и хлоридно - фторидных комплексов и стабилизации высшей степени окисления самария (+3):

SmCl63- + xF- ( [SmCl6-xFx]3- + xCl- ( 4 )

где x= 0-6.

SmCl63- + 6F- ( SmF63- + 6Cl- ( 5 )

На это указывает исчезновение второй волны катодного восстановления на серебряном электроде при увеличении концентрации фторид-иона в расплаве, т.е. имеет место трехэлектронный процесс, описываемый уравнением:

Sm3+ + 3e ( Sm0 ( 6 ).

рис. 4.10.

Зависимость тока пика от скорости поляризации. Катод - Ag.

рис. 4.11.

Зависимость тока электровосстановления от концентрации SmCl3 в расплаве. Катод - Pt.