Анотація до роботи:

Бакуменко О.М. Фізико-хімічні закономірності взаємодії алюмінію та його сплавів з водними і водно-спиртовими розчинами сильних основ. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.04 - фізична хімія. Рукопис. Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, м.Харків, 2003.

Досліджено фізико-хімічні закономірності розчинення алюмінію та його сплавів у водних і водно-спиртових розчинах гідроксидів натрію і літію. Показано, що реакція розчинення алюмінію та його сплавів у лужних водних розчинах проходить за електрохімічним механізмом з переважним катодним контролем. Встановлено, що при переході від розбавлених до концентрованих розчинів лугу відбувається зміна лімітуючої стадії анодної реакції. Запропоновано багатостадійний механізм анодної реакції розчинення алюмінію і його сплавів у розчинах NaOH. У водних розчинах LiOH кінетика реакції ускладнюється утворенням на поверхні електрода алюмінатів літію. З'ясовано, що інгібуюча дія спиртів обумовлена взаємодіями, що відбуваються в об’ємі розчину (утворенням водневого зв’язку, кислотно-основними перетвореннями, сольватацією). Вплив багатоатомних спиртів (етиленгліколю та гліцерину) на кінетику розчинення у багато разів більший, в порівнянні з одноатомними, що пов'язано не з адсорбційними явищами, а з більшою гідрофільністю молекул багатоатомних спиртів.

Вивчено локальні температурні ефекти на межі поділу метал/розчин. Встановлено, що у всіх досліджених розчинах на межі поділу фаз спостерігається значний екзотермічний ефект, зумовлений, головним чином, утворенням поверхневих оксидних сполук алюмінію. Для сплавів Д-16 і В-95 значення локального температурного ефекту більше, ніж для чистого алюмінію, що пов'язано з більшою швидкістю розчинення сплавів.

Отримані дані дозволили оптимізувати склад лужного травильного розчину, що застосовується для контурного травлення алюмінію та його сплавів. Запропоновано базовий склад електроліту для лужних джерел струму з алюмінієвим анодом.

1. Встановлено, що взаємодія алюмінію та його сплавів з водними розчинами сильних основ проходить за електрохімічним механізмом з переважним катодним контролем, що додатково підтверджується впливом нітрат- и перхлорат-іонів на кінетику процесу.

2. Вперше вивчено локальні температурні ефекти на межі метал-розчин при окисненні алюмінію та його сплавів у розчинах NaOH. Значний екзотермічний ефект зумовлений утворенням оксидних сполук алюмінію на поверхні електроду. Характер отриманих електротермограм свідчить про те, що фазовий і хімічний склад поверхневої плівки однаковий у всій вивченій області концентрацій лугу. DТ для сплавів має вище значення, що відповідає більшій швидкості розчинення сплавів В-95 і Д-16.

3. Вперше встановлено, що перехід від розбавлених до концентрованих водних розчинів NaOH супроводжується зміною лімітуючої стадії анодної реакції розчинення алюмінію. У розбавлених розчинах процес лімітується градієнтом концентрації гідроксид-іонів біля поверхні електрода, у концентрованих - переносом заряду і розчиненням оксидних сполук, що утворилися на поверхні металу.

4. Запропоновано багатостадійний механізм іонізації алюмінію у водних розчинах сильних основ, який враховує утворення і перехід у розчин продуктів оксиснення алюмінію. Мала величина розрахованого коефіцієнта переносу доводить численність паралельних і послідовних стадій анодної реакції.

5. Досліджено кінетичні закономірності розчинення алюмінію у водно-метанольних розчинах NaOH і LiOH. Показано, що кінетика хімічного розчинення визначається силами слабких взаємодій між частинками розчину (водневий зв’язок, сольватація, кислотно-основні перетворення). Анодна реакція у розчинах NaOH протікає зі змішаним контролем. Розчинення алюмінію у водно-метанольних розчинах LiOH ускладнюється утворенням на поверхні електроду сольової плівки алюмінатів літію.

6. Встановлено, що механізм інгібуючої дії багатоатомних спиртів - етиленгліколю та гліцерину - на кінетику розчинення алюмінію в лужних розчинах не є адсорбційним, а визначається “зв’язуванням” реагенту катодної реакції - молекул води. Збільшення вмісту спирту у розчиннику приводить до уповільнення утворення оксидних і сольових шарів на поверхні алюмінієвого електроду.

7. Отримані результати дозволяють здійснювати управління кінетикою реакції. На основі водно-етиленгліколевих та водно-гліцеринових корозійно-стійких розчинів NaOH розроблено базовий склад електроліту для хімічних джерел струму з алюмінієвим анодом, в якому розчинення алюмінію під струмом у гальваностатичних умовах відбувається без побічної реакції відновлення водню. Крім цього, оптимізовано основний склад лужного травильного розчину для контурного травлення алюмінієвих сплавів.

Основний зміст роботи викладений в роботах:

1. Чеканова Л.И., Грицан Л.Д., Грицан Д.Н., Ларин В.И., Власова О.М. (Бакуменко). Влияние этанола и других органических растворителей на скорость ионизации алюминия в водных растворах гидроксида натрия // Вестник ХГУ. - 1986. - № 289. - С.52-54.

Здобувач експериментально визначив кінетичні закономірності хімічного розчинення алюмінію в водно-органічних розчинах гідроксиду натрію.

2. Ларин В.И., Чеканова Л.И., Лукащук Т.С., Бакуменко О.М., Боярчук Т.П. Влияние этиленгликоля и глицерина на коррозионное и анодное поведение алюминия в растворах гидроксида натрия // Журн. прикл. хим. -1989.- т.62, №7.- С.1649-1651.

Здобувач експериментально визначив вплив вмісту етиленгліколю й гліцерину на корозійну та електрохімічну поведінку алюмінію в розчинах NaOH.

3. Ларин В.И., Лукащук Т.С., Бакуменко О.М. Влияние полиэтиленгликолей на коррозионное и анодное поведение алюминия в растворах гидроксида натрия //Вестник ХГУ. - 1993. - № 377- С.94-97.

Здобувач експериментально довів, що дія поліетиленгліколей щодо інгібування процесу іонізації алюмінію не залежить від їхньої молекулярної маси.

4. Бакуменко О.М. Ларин В.И. Растворение алюминия в системе NaOH-H₂O-ROH // Вісник Харківського університету. Хим. науки № 1. - 1997. - № 395. - С.278-283.

Особистий внесок здобувача полягав у виявленні залежності отриманих кінетичних закономірностей реакції від процесів гідратації та кислотно-основних взаємодій між молекулами розчину, які відбуваються у системі.

5. Ларин В.И. Бакуменко О.М. Кинетика ионизации алюминия и его сплавов в щелочных растворах // Гальванотехника и обработка поверхности.- Москва.-1997.- т.5, №1- С.32-37.

Здобувач експериментально довів, що реакція розчинення алюмінію та його сплавів іде за електрохімічним механізмом, де контролюючим є катодний процес.

6. Ларин В.И., Бакуменко О.М. Ингибирующее действие органических и неорганических реагентов на растворение алюминия и его сплавов в щелочных растворах (обзорная) // Укр. хим. журнал - 1998. – Т.64, № 2. – С. 102-111.

Особистий внесок здобувача полягав в аналізі, узагальненні та систематизації даних щодо інгібування розчинення алюмінію та його сплавів у лужних розчинах.

7. Ларин В.И., Лукащук Т.С., Бакуменко О.М. Физико-химическое исследование системы Al-NaOH-H₂O-R(OH)_n и возможность разработки ХИТ на ее основе // Вестник ХГУ. Химия. - 1998. - №2- С.196-200.

Особистий внесок здобувача полягав в експериментальному визначенні корозійних та електрохімічних характеристик системи Al-NaOH-H₂O-R(OH)_n і доказі, що дана система може використовуватися при розробці хімічних джерел струму.

8. Бакуменко О.М., Ларин В.И., Лукащук Т.С. Физико-химические свойства системы алюминий-водно-спиртовый раствор щелочи // Вопросы химии и химич. технологии. Спец. вып. электрохимия. - 1999. - №1. - С.31-33.

Здобувач експериментально довів, що міжіонні та міжмолекулярні взаємодії обумовлюють кінетику реакції розчинення алюмінію у водних та водно-спиртових лужних розчинах. Регулювання швидкості процесу можливе шляхом змінювання складу водно-органічного розчинника.

9. Ларин В.И., Лукащук Т.С., Бакуменко О.М. Исследование механизма ионизации алюминия в водных растворах гидроксида натрия // Вісник Харківського університету. Хімія - 2000.- № 477, вип.5 (28). - С.136-140.

Здобувач експериментально довів, що розчинення алюмінію та його сплавів у водних розчинах NaOH відбувається через утворення поверхневих оксидних сполук. Було розраховано коефіцієнти переносу анодної реакції, які вказують на багатостадійний механізм реакції. Запропоновано механізм реакції розчинення алюмінію у водних розчинах сильних основ.

10. Лукащук Т., Бакуменко О., Пшеничная С., Ларин В., Коррозионное поведение алюминия и его сплавов в щелочных водно-органических средах // Фізико-хімічна механіка матеріалів.- Львів.- 2002.- №3, т.1.- С.138-142.

Здобувач запропонував та експериментально підтвердив, що водневий звязок між молекулами спиртів (метанолу, етиленгліколю, гліцерину) й молекулами води обумовлює корозійні та електрохімічні характеристики алюмінію у водно-спиртових розчинах NaOH. У водно-спиртових розчинах LiOH реакція ускладнюється завдяки утворенню сольової плівки на поверхні електроду.

11. Грицан Д.Н., Чеканова Л.И., Ларин В.И., Самойлов Е.А., Власова О.М. (Бакуменко) Исследование механизма растворения алюминия в щелочных растворах // Сб. тез. конф. “Теор. и практ. защиты металлов от корроз.”. - Куйбышев. – 1985. – С.22.

Здобувачем експериментально отримано результати, які виявляють особливу роль води в кінетиці реакції, як розчинника і реагента катодної реакції.

12. Larin V.I., Backumenko О.M., Lukashchuk T.S. The Influence of the Properties of Alkaline Water-Alcohol Solutions on the Kinetics of Aluminium Dissolution // Abstracts. VII International Conference "The Problems of Solvation and Complex Formation in Solutions" – Ivanovo (Russia). - 1998. - P.200.

Здобувач особисто довів, що зі збільшенням кількості ОН-груп в молекулі спирту його інгібуюча дія також зростає, що є наслідком впливу на катодну реакцію відновлення водню.

13. Ларин В.И., Лукащук Т.С., Добриян М.А., Самойлов Е.А., Бакуменко О.М. Анализ и переработка отработанных травильных растворов // Тез. доп. Всеукр. конф. з аналітичної хімії. - Ужгород. - 1998. - C 42.

Здобувач отримав експериментальні дані щодо регенерації відпрацьованих травильних розчинів NaOH, що використовуються у промисловості при контурній обробці алюмінієвих сплавів.

14. Ларин В.И., Бакуменко. О.М., Самойлов Е.А. Физико-химические закономерности взаимодействия алюминия и его сплавов с водными растворами щелочей, являющиеся основой для совершенствования обработки металлов // Сб. тезисов Российской научно-практической конф. “Гальванотехника и обработка поверхности”. - Москва. - 1996. - С. 83-84.

Особистий внесок здобувача полягав у доказі положення, що взаємодія алюмінію та його сплавів з водними розчинами лугів відбувається за електрохімічним механізмом.

15. Лукащук Т., Бакуменко О., Ларін В., Гужва А. Кінетика розчинення алюмінію у водно-спиртових розчинах гідроксидів // Збірн. наук. праць: Дев'ята наук. конф. “Львівські хімічні читання – 2003”, Львів: Видавн. центр нац. ун-ту ім. І.Франка, 2003. - С.40.

Здобувач експериментально довів, що в досліджених водно-спиртових розчинах NaOH анодна реакція лімітується стадіями переносу заряду та розчинення поверхневої плівки оксидних сполук. Коефіцієнти лінійних рівнянь та коефіцієнт переносу b, що були розраховані, підтверджують багатостадійний механізм анодної реакції.