книги из ГПНТБ / Зимин, В. С. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента

Отделение для исследуемого электрода (ИЭ). Изготовление от­

делений для ИЭ (рис. 126) состоит из изготовления корпуса с термостатируемой рубашкой (нижняя часть) заливного шлифа с боковыми отводами (верхняя часть). Сначала делают заготовку заливного шлифа 1 (см. § 35 и § 55) и корпуса ячейки 2. Шлиф 1

Рис. 126. Последовательность изготовления отделений для ИЭ двух конструк­ ций (Л, Б):

/—заливной шлиф; 2—корпус с рубашкой; 3 — капилляр для подачи газа; 4—капилляр Луггина; 5, 7—оливки; 6—держава; 8 и 9—трубки; 10—шлиф для входа газа; 11, 14—краны; 12— ловушка; 13—единая <юбочка> для шлифов.

делают или нормальным (НШ-45), или в соответствии с размером ИЭ и количеством вводов нестандартным. Размеры корпусов ячеек определяются их необходимыми объемами. Минимальный объем обычно равен 50—100 см3 (при введении в него раствора в коли­ честве 20—50 см3). Отношение высоты корпуса к диаметру берут равным 1∕3.

Изготовление корпуса начинают с подготовки капилляров 3 и 4.

Первый предназначается для барботирования раствора газом; вто­ рой, называемый капилляром Луггина, является электролитиче­ ским ключом, соединяющим отделения ИЭ и ЭС. Концы капилля­ ров делают оттянутыми. Если для капилляра 3 диаметр оттянутого конца не имеет существенного значения (обычно 1—1,5 мм), то диаметр конца капилляра Луггина не должен превышать 0,8—1 мм, причем перед впаиванием в корпус торец его отшли­ фовывают абразивом. Расстояние между концом капилляра Луггина и поверхностью ИЭ должно составлять 1—2 мм, но не

менее.

После придания корпусу заданной формы через его стенку впа­

ивают капилляр 4. Корпус закрепляют (на насадке) в широкой

220

трубке (будущая терморубашка) и пропаивают через нее и ниж­ нюю часть корпуса отвод капилляра 4, одновременно припаивая оливку 5. Отводные трубки (от капилляра 4 и нижней части кор­

пуса) должны быть прочными толстостенными, так как впослед­ ствии к ним припаивают отделения для ЭС и ВЭ. Если корпус от-

Рис. 127. Последовательность из­ готовления верхней муфты шли­ фа к отделению ИЭ:

а—заготовка с припаянными шлифа­ ми; б—заготовка а, впаянная в трубку; в—заготовка б после изготовления муфты шлифа; г—собственно муфта.

деления ИЭ не длинный, то, периодически обогревая пламенем го­ релки середину термостатируемой рубашки, сразу же отделывают и верхнюю часть корпуса, спаивая его внутренним спаем с рубаш­ кой и припаивая оливку 7. После этого верхнюю часть корпуса,

впаянного в терморубашку, открывают (выдуванием) и быстро

помещают внутрь корпуса капилляр 3, ни к чему не припаивая.

Затем заготовку заливного шлифа 1, предварительно разогретую

в муфельной печи, припаивают к краям отверстия корпуса. Далее капилляр 3 впаивают внутренним спаем через стенку трубки между заливным шлифом и корпусом. Припаяв трубки 8 и 9, весь прибор помещают в разогретую до температуры отжига использо­ ванного стекла печь. После отжига внешнюю трубку шлифа и сам шлиф обрезают в месте, показанном линией К. Трубки 8 и 9 спаи­ вают между собой узкой трубкой в виде полукольца, к которому припаивают шлиф 10. Он служит для подачи газа в раствор через капилляр 3. Во время работы ячейки подачу газа в нее прекра­ щают, открывая краны 11 и 14, в результате чего газ выходит на­

ружу через ловушку 12.

На рис. 126 показана и другая конструкция отделения ИЭ трех­ электродной ячейки. Различаются отделения муфтами широкого шлифа. В конструкции А муфта шлифа имеет дополнительную над­

стройку из трех — четырех шлифов разных номеров, имеющих еди­

ную для всех шлифов заливную «юбочку» 13. Муфта конструк­

ции Б имеет то же количество шлифов, но каждый из них снабжен индивидуальной «юбочкой». Порядок изготовления муфты кон­

струкции А показан на рис. 127. На рис. 128 представлена цен­ тральная часть одной из ячеек.

221

Циркуляция раствора в ячейке обеспечивается стеклянным цен­

тробежным насосом, приводимым во вращение магнитной мешал­ кой типа ММ-2. Сложность изготовления такой ячейки в основном

заключается в том, что обычно эти ячейки имеют небольшие раз­ меры, т. е. все детали расположены очень близко.

Рис. 128. Центральная часть элек­ трохимической ячейки с непре­ рывной регистрацией радиоак­ тивности раствора.

Отделение для ИЭ (рис. 129) снабжено магнитом, заключен­

ным в стекло, обеспечивающим перемешивание раствора. Магнит размещают либо на плоском дне, либо подвешивают на платино­ вом стержне, впаянном в стеклянную трубочку, вблизи дна. В маг­ ните перед заключением в стекло просверливают (посередине) от­ верстие диаметром 6—8 мм. Внутреннюю часть просверленного от­ верстия следует также остекловать. Для этого перед заключением

встекло магнита в отверстие вставляют отрезок узкой стеклянной трубки, затем магнит помещают в трубку для остекловывания и спаивают концы отрезка, находящегося в отверстии, со стенками трубки. Дальнейшую работу остекловывания проводят, как описано

в§ 26.

Отделения для ЭС и ВЭ. Наиболее сложно изготовить отделе­

222

трехэлектродной ячейки, следовательно, порядок изготовления бу­ дет тем же, что и при изготовлении отделения ИЭ трехэлектродной ячейки, только размеры отделения уменьшатся в 2—3 раза. Изго­ товление отделений для ЭС других конструкций не представляет

особых трудностей.

Отделение для ВЭ (рис. 131) представляет собой небольшой со­ суд (диаметр 15—20 мм, длина 80—100 мм), верх которого закан­ чивается заливным шлифом (НШ-14,5 или НШ-19), а низ — узкой

трубкой (диаметр 8—10 мм), изогнутой в сторону отделения ИЭ.

В муфту шлифа впаивают платиновую проволоку диаметром 0,5— 1 мм. Нижний конец проволоки приваривают к пластинке из пла­ тины. К верхней части муфты припаивают кран с ловушкой, через

которую выходит газ, образующийся на ВЭ. Все приемы изготов­ ления этой детали известны.

Сосуд для подготовки раствора. Во многих конструкциях ячеек для подготовки раствора применяют сосуд, который соединяют че­ рез кран и шлиф с отделением ИЭ. Наличие в ячейках такого со­ суда позволяет проводить несколько опытов подряд. Кроме того, он может служить для продувания газом и подогрева рабочего

223

раствора, ополаскивания и заполнения ячейки раствором во время

опыта и до него и для других побочных и предварительных опе­ раций (рис. 132).

Для увеличения объема рабочего раствора (особенно при опы­ тах с протоком раствора) применяют два таких сосуда, соединен-

Рис. 131. Отделения для ВЭ:

А — отделение ВЭ; Б — отделение ВЭ с термостатируемой

рубашкой.

ных между собой через трехходовой кран. Размеры сосуда для подготовки раствора определяются в зависимости от требований эксперимента. Порядок его изготовления аналогичен порядку из­ готовления отделения ИЭ трехэлектродной ячейки с разделенными пространствами.

Устройство для введения в ячейку точно дозированных неболь­

ших количеств жидкостей. Устройство (рис. 133) представляет

собой две отградуированные трубки (бюретки): узкую диаметром

5—6 мм с ценой деления 0,01 мл и широкую диаметром 15—20 мм

муфты этого крана переходит в узкую трубку — ловушку для вы­ хода газа. Пробка крана имеет два хода: один — серповидный, че­ рез который под давлением газа, поступающего через шлиф 5, передавливают жидкость в ячейку, другой — для сбрасывания газа

ный шлиф с отделением ИЭ. Приемы изготовления описанного устройства ничем не отличаются от приемов изготовления других

деталей ячейки.

Сборка ячеек. Отделение ИЭ, ВЭ, ЭС при сборке ячеек ста­ раются расположить как можно ближе друг к другу, но так, чтобы ничто не мешало открывать или закрывать заливные краны, раз­ деляющие отделения. Для этого после изготовления каждого от­ деления трубки, предназначенные для припайки к кранам, отре­ зают на требуемую длину и подготавливают их торцы (осажива­ нием в пламени и развертыванием развертками) к крановой лепке. Изготовив муфту крана, к ней в горячем состоянии (крановой

224

лепкой) припаивают трубки от отделения НЭ и ЭС или ВЭ и ИЭ.

Обычно сначала к муфте припаивают более легкую часть (ЭС или ВЭ), а затем отделение ИЭ. Если спаивать отделения не крано­ вой лепкой, а изготовить кран с отводами полностью и потом спа­ ивать отделения между собой обычными спаями, то общие раз-

Рис. 132. Сосуд для подготовки раствора.

Рис. 133. Устройство для введения в ячейку точно дозированных количеств жидкости:

1—капиллярный шлиф; 2—серповидный крап; 3, 7 — градуированные трубки; 4—заливной кран; 5 — шлиф; 6 — ловушка для выпуска газа.

меры ячейки сильно увеличатся и весь прибор будет иметь некра­ сивый вид.

При сбор'е любой ячейки стараются сократить расстояние между электродами, сделать прибор компактным. C этой целью отделе­ ния электродов ВЭ и ЭС, а также другие необходимые элементы прибора (сосуд для подготовки раствора, бюретку, шлифы для барботирования газом и т.д.) располагают вокруг центральной части (отделение ИЭ). Подачу газа при проведении или подго­ товке ячеек к опыту осуществляют от источника газа, соединяя последний с ячейкой посредством полых стеклянных спиралей — пружинок (см. § 24) и заливных шлифов. Сосуды для подготовки раствора часто также соединяют с ячейкой подобными пружин­ ками.

Кроме перечисленных деталей ячеек в них часто устанавли­

вают небольшие стеклянные холодильники для конденсации испа­ ряющегося рабочего раствора. Каждая ячейка должна иметь прочный индивидуальный штатив, на котором укрепляют ячейку и со.суд для подготовки раствора. На рис. 134 представлены два вида ячеек в собранном виде.

За последние годы большое распространение получили ячейки с дисковым электродом, вращающимся со скоростью 20 000 об/мин.

На рис. 135 показан общий вид такого прибора, смонтированного

на специальном штативе и соединенного с устройством, обеспечи­ вающим вращение электрода. Особую сложность в изготовлении

такой ячейки представляет дисковый электрод. Дисковым электро­

дом служит металлический стаканчик, изготовленный из исследуе­ мого металла, диаметром 10 мм и высотой 1,5—2 мм. Стаканчик

Рис. 134. Общий вид ячейки:

А — ячейка с электромагнитной мешалкой; Б — трехэлектродная ячейка.

герметично впаивают в стеклянную трубку таким образом, чтобы стенки его были полностью закрыты стеклом. После впайки в сте­ кло и отжига донышко его сошлифовывают и полируют до получе­

ния поверхности диска. Контакт осуществляют через проволоку,

приваривая ее в центре электрода с внутренней стороны точечной сваркой перед впаиванием в стекло. Центровку проводят после спаивания трубки электрода с трубкой, закрепленной при помощи специальных сальников в устройстве. Для этого под плоскость электрода подводят какой-нибудь металлический брусок с хорошо

226

обработанной плоской поверхностью и располагают брусок на сто­ ле строго горизонтально. Брусок подводят как можно ближе к электроду при помощи подставок, после этого, медленно вращая,

закрепленный в устройстве электрод, пламенем ручной газовой го­ релки разогревают трубку на верху электрода и устанавливают

Рис. 135. Ячейки с дисковым электродом.

его по горизонтали и вертикали. Если электрод впаять в стекло невозможно, его запрессовывают в тефлон.

Ячейка с разделенными диафрагмой пространствами ИЭ и ВЭ.

На рис. 136, А представлена ячейка с дисковой диафрагмой (кон­ струкции А. А. Ракова). Корпус ячейки разделен диафрагмой / из стеклянного фильтра (№ 2 или № 3) и заключен в рубашку для термостатирования. Изготовление ячейки начинают с кор­ пуса 2, впаивая в него диафрагму 1 и припаивая отводы для ЭС, слива раствора и т. д. После отжига в печи корпус закрепляют в широкой трубке, диаметр которой должен соответствовать диаметру термостатируемой рубашки. Все это снова помещают в муфель­ ную печь и разогревают до температуры отжига стекла. После достижения температуры отжига закрепленный в трубке корпус вынимают из печи и на пламени горелки внутренними спаями

(через стенки рубашки) спаивают боковые отводы корпуса с рубаш­

кой, начиная с более узких и кончая широкими. Затем к каждому отводу поочередно припаивают соответствующие шлифы, краны

(крановой лепкой), трубки, оливки и т. д. При пропаивании спаев всю ячейку периодически обогревают на широком пламени го­ релки. По окончании всех операций ячейку тщательно обогревают

Рис. 136. Ячейки с разделенными

мой.

Рис. 137. Ячейка для фотоэлектрохимических исследований:

/ — муфта шлифа; 2—трубка для от­ бора проб; 3 — рубашка; 4, 7—окна из оптического стекла; 5—остеклован­ ный магнит; 8 —вход для охлаждения корпуса водой; 8—собственно ИЭ; 9—корпус ячейки; /0—вход газа; //— выход газа; /2 —муфта нормального шлифа № 10 в перевернутом положе­ нии; /8 —керн шлифа № 10 с выходом контакта от ИЭ; /4—шлиф для ВЭ;

/5—шлиф для ЭС.

впламени, а затем помещают в печь, нагретую до температуры

отжига использованного стекла. Шлифы и краны, расположенные

внепосредственной близости к ячейке, притирают после отжига.

Электроды ИЭ и ВЭ впаивают обычно в керны нормальных

шлифов (НШ-29 или НШ-45). Рабочий электрод (ИЭ) делают из

тонкостенного платинового стаканчика диаметром 24—25 мм и высотой стенок 2—3 мм (см. § 45). Вспомогательный электрод

(ВЭ) представляет собой платиновый диск, приваренный к пла­ тиновой проволоке, которую впаивают в керн шлифа. Капилляры от ЭС и ВЭ подводят к рабочему электроду в последнюю очередь.

228

цилиндрический фильтр), не отличается от описанного.

Ячейка для фотоэлектрохимических исследований. Корпус дан­ ной ячейки (рис. 137) и термостатируемую рубашку делают из

Рис. 138. Последовательность изготовления керна для фотоэлектрохимической ячейки:

а—заготовка керна НШ-29; б—заготовка муфты НІП-10; в — внутренние трубки, спаянные палочками с державой: г—отделка верхней части керна; д—собственно керн НШ-29.

прозрачного кварцевого стекла с окнами из оптического кварца,

изготовление которых разобрано в § 87.

В этом приборе представляет интерес конструкция керна шлифа 1 (НШ-29) из стекла «пирекс». К верхней части керна при­ паяна муфта 12 (НШ-10) в перевернутом положении; это позво­ ляет иметь набор сменных ИЭ разных размеров и конфигураций, не превышающих наименьшего внутреннего диаметра муфты

шлифа 1. Исследуемые электроды впаивают в керны НШ-10 из соответствующего (по значению К. Т. Р.) стекла, которые перед

началом работы ячейки вставляют в муфту 12. Чтобы керн не вы­ падал из муфты 12, на трубке, припаянной к узкому основанию керна, делают оливки, которые скрепляют с муфтой шлифа или соседними трубками при помощи металлической пружинки или проволоки. Линии от ЭС и ВЭ проходят через керн шлифа 1, за­ канчиваясь капиллярами у ИЭ. Последовательность изготовления

,229