Количество просмотров публикации Гальванизация - 217
Гальванизация это электролечебная процедура, когда на больной участок тела воздействуют постоянным непрерывным электрическим током малой силы (до 50мА) и напряжения(30-80В) через контактно-наложенные электроды.
Физиологическое действие гальванического тока состоит в усилении местных обменных процессов в тканях на месте отпуска процедуры, благодаря чему улучшается питание тканей, усиливается крово-лимфообращение и процессы рассасывания патологических тканей (воспалительных пролифератов). Гальванический ток обладает болеутоляющим действием на периферические нервные окончания; способствует более быстрой регенерации нервов и восстановлению функции проводимости при ее нарушении; вызывает активную гиперемию на месте процедуры, оказывает отчетливое влияние на функциональное состояние центральной и вегетативной нервной системы, обладает обезболивающим действием, способствует регуляции функции эндокринного аппарата͵ стимулирует процессы регенерации и репарации в тканях.
Современные гальванические аппараты получают питание от сети переменного тока в 127—220 вольт. Но так как для лечебного воздействия к пациенту требуется подвести постоянный ток, то аппарат снабжен приспособлением, который переменный ток превращает в постоянный.
Вместе с тем, в аппарате имеется регулятор напряжения, подаваемого к пациенту выпрямленного тока. Для этой цели используется переменное проволочное сопротивление, включенное попринципу потенциометра. Для измерения же количества тока, проходящего через участок тела, куда прикреплены электроды, в аппарат вмонтирован измерительный прибор -миллиамперметр. Размещено на реф.рфВыходные клеммы аппарата͵ откуда ток подается к пациенту, имеют обозначения плюс (+) и минус (-).
Современные гальванические аппараты выпускаются в виде настенных, настольных и переносных конструкций. Отличаются они друг от друга внешней формой. Внутреннее же устройство, мощность и действие у всех аппаратов одинаковые.
Принадлежности для процедур. Для отпуска процедур гальванизации, кроме аппарата͵ требуется иметь следующие приспособления: два специальных гибких провода-с толстой резиновой изоляцией длиной 1,5—2 метра (прилагаются к аппарату), два зажима для электродов, свинцовые электроды, гидрофильные прокладки, резиновый бинт, мешки с песком, эмалированную ванночку и физиологический раствор поваренной соли.
Электродыизготовляются из рольного свинца, желательно толщиной 0,3—0,5 мм. Для отпуска гальванопроцедур на различных участках тела требуется иметь набор электродов различных размеров; для собак нужно иметь электроды с площадью от 15 до 100 см2по два электрода каждого размера. Форма электродов обычно прямоугольная. Углы должны быть срезаны на овал. В случае если оставить углы электродов острыми, то при отпуске процедуры гальванизации ток будет стекать с электродов на кожу с углов и создавать неприятное покалывание или жжение. При наличии же закругленных углов ток распределяется по всей площади электрода равномерно.
Гидрофильные прокладкиили мешочки из бумазеи или байки изготовляются для каждого размера электрода. Чтобы лучше было вкладывать электрод в смоченную гидрофильную прокладку, размеры последних должны быть больше соответствующих размеров электродов кругом на 0,5 см. Гидрофильные прокладки с одной стороны имеют 6—10 слоев материи с тем расчетом, чтобы толщина его была 0,3—0,5 см. Это ее рабочая сторона. Другая сторона мешочка для электродов состоит из одного слоя какой-либо толстой и грубой материи.
Гидрофильные прокладки удаляют металлический электрод от поверхности кожи на толщину рабочей стороны прокладки и тем самым предохраняют от воздействия на кожу кислых (анод) или щелочных (катод) продуктов, образующихся у электрода при процедуре гальваническим током.
Резиновый бинтнеобходим для фиксации электродов с гидрофильной прокладкой на конечностях. Обладая эластичностью, он хорошо прижимает электрод к телу, обеспечивая равномерное прилегание всей площадью. С другой стороны резиновый бинт, являясь изолятором, не пропускает подводимого к электродам тока от одного к другому электроду, хотя они фиксированы одновременно одним и тем же бинтом.
Раствором поваренной соли смачивают гидрофильную прокладку в эмалированной или пластмассовой ванночке. Перед тем как вложить в гидрофильную прокладку электроды, ее отжимают от излишнего раствора с таким расчетом, чтобы прокладка не была сухой, но и несильно влажной: во время бинтования с нее не должна стекать вода.
Вместе с тем, этим же раствором смачивают волосяной покров или кожу на месте прилегания электродов.
Способы фиксации электродов на тело пациента следующие:
а) поперечно прямое, когда электроды накладывают на какой- либо участок тела друг против друга;
б) поперечно-диагональное, когда электроды накладывают с противоположных сторон тела, но не друг против друга, а с не которым смещением;
в) продольное, когда электроды располагают на одной стороне (в одной плоскости) на некотором расстоянии друг от друга.
Пользуясь этими тремя способами, можно отпускать процедуры на любом участке тела с охватом определенной зоны и глубины действия.
Для более усиленного воздействия на определенные участки еще пользуются полюсной гальванизацией. Сущность состоит по сути в том, что в данном случае берут электроды разной величины. Меньший электрод -активный, а больший почти в 3 раза - пассивный. Меньший электрод всегда фиксируют на больное место. Действие в данном случае будет оказывать меньший электрод и на сравнительно небольшую глубину.
Полярность активных электродов зависит от характера патологического процесса. Анод обладает болеутоляющим успокаивающим действием, а катод – резорбтивным и раздражающим.
Методика процедур. Прежде чем отпускать процедуру гальванизации, крайне важно подготовить места фиксации электродов на теле пациента. При возможности волосяной покров кожи желательно коротко выстричь по размеру электрода, особенно в тех участках, где длинный и густой волос. Кожу протереть денатурированным спиртом для удаления жира и грязи. В случае если же волос выстригать нельзя, тогда волосяной покров и кожу на месте отпуска процедуры гальванизации предварительно моют теплой водой с мылом с тем расчетом, чтобы к моменту отпуска процедуры это место полностью высохло. Мытье обычно проделывают накануне вечером или по утрам, а вечером в тот же день назначают процедуру.
Электроды и гидрофильные прокладки выбирают соответственно больному участку или области тела, где отпускается процедура. Οʜᴎ должны быть такого размера, чтобы, фиксируя на конечности, края их были не ближе 2-2,5 см друг от друга.
Перед фиксацией электродов гидрофильные прокладки смачивают теплым физиологическим раствором поваренной соли и отжимают от лишней жидкости. Далее электроды фиксируют при помощи специальных зажимов с проводом и вставляют в смоченные гидрофильные прокладки. Кожу и волосяной покрои тщательно смачивают раствором соли по размеру электрода. Кожу нужно смочить таким образом, чтобы между электродами с гидрофильной прокладкой было обязательно сухое пространство в 2-2,5 см.
При циркулярном смачивании кожи на конечностях действия тока на ткани не будет.
Электроды фиксируют на подготовленных участках тела резиновым бинтом; можно пользоваться и мешками с песком.
Провода от электродов другими концами подключают к выходным клеммам аппарата. Прежде чем подать ток к пациенту, необходимо рассчитать общее количество тока, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ можно дать по миллиамперметру аппарата на тот размер электрода, которым отпускается процедура.
Лечебной эффект при гальванизации и электрофорезе определяется интенсивностью тока и продолжительностью процедуры. Плотность тока должна быть не выше 0,5мА на 1 см2площади активного электрода, а сила суммарного тока находится в пределах от 10 до 300 мА .
Практически подается ток 0,1-0,3 мА на 1 см2площади электрода. Отсюда, чем больше электрод, тем будет больше общее количество тока (максимально на 50 см2-15 миллиампер, а на 200 см2-60 миллиампер).
После этого, медленно увеличивая подаваемое от аппарата на пациента напряжение, доводят показание стрелки миллиамперметра до расчетной силы тока. С этого момента засекают время и отпускают процедуру. Во время процедуры запрещается: переводить переключатель шкалы миллиамперметра, переключать полюса электродов, оставлять аппарат в положении ʼʼВключеноʼʼ, в случае если на время выключен ток в сети, выключить и снова включить питание аппарата от сети. После окончания процедуры сначала регулятор напряжения ставят на ноль, а затем отключают аппарат от сети. Время одной процедуры исходя из толщины тканей между двумя электродами колеблется от 15 до 30 минут; при поперечно-прямом расположении электродов на конечностях – 15-20 минут, на остальных же участках туловища- 20-30 минут.
Первые 2-3 процедуры отпускают ежедневно, а остальные — через день. В промежутках между гальванопроцедурами при соответствующих показаниях производят другие физиопроцедуры (светолечение, массаж и т. д.). Общее количество процедур зависит от вида заболевания, тяжести процесса и состояния организма - все это определяет лечащий врач.
Показания для гальванотерапии:
· парезы и параличи периферических нервов;
· хронические и подострые воспалительные процессы;
· фиброзные периартриты, невралгии и миалгии, хронические тендиниты и тендовагиниты;
· фиброзные и рубцовые разращения.
П ротивопоказания:
· нарушения целости кожи на месте процедуры;
· повышенная чувствительность к току;
· новообразования и гнойные процессы на месте процедур;
· органические изменения костно-сухожильного аппарата.
referatwork.ru
Перед процедурой медицинская сестра должна ознакомить больного с характером ощущений под электродами: равномерное покалывание. При появлении неприятных болезненных ощущений или неравномерного жжения на определенном участке кожи больной, не двигаясь и не меняя положения, должен вызвать сестру. Не рекомендуется во время процедуры читать, разговаривать, спать. После процедуры необходим отдых в течение 20-30 мин.
Перед процедурой следует убедиться в отсутствии царапин, ссадин, мацерации, сыпи на коже. Гидрофильные матерчатые прокладки хорошо смачивают теплой водопроводной водой и располагают на коже пациента, свинцовая пластина с токонесущим проводом находится при этом в кармашке. Желательно под матерчатый электрод положить на кожу фильтровальную бумагу, чтобы предохранить прокладку от загрязнения.
Расположение электродов на теле больного определяется локализацией, остротой и характером патологического процесса. Различают поперечную, продольную и поперечно-диагональную методики. При поперечном расположении электроды помещают на противоположных поверхностях тела — один против другого (живот и спина, наружная и внутренняя поверхности коленного сустава и т. д.), что обеспечивает более глубокое воздействие. При продольной методике электроды лежат на одной поверхности тела: один — более проксимально, другой — дистально (продольно по позвоночнику, по ходу нерва, мышцы). В этом случае оказывается влияние на более поверхностные ткани, для поперечно-диагональной методики характерно расположение электродов на разных поверхностях тела, но один - в проксимальных его отделах, другой — в дистальных. При близком расположении расстояние между электродами должно быть не меньше половины их диаметра.
3.3. Дозиметрия
Постоянный ток дозируется по показания миллиамперметра на аппарате для гальванизации. При этом считаются с так называемой плотностью тока, т.е. тем количеством миллиампер, которое приходится на 1 см2 площади электродной площадки (при пользовании так называемым активным электродом – по площади его гидрофильной площадки). Оптимальной является плотность тока в пределах: для взрослых 0,05-0,1 мА/см2; на голову взрослым до 0,02 мА/см2 , детям от 0,01-0,05 мА/см2 .
Следует иметь в виду, что плотность тока нельзя увеличивать пропорционально площади электродов. Наоборот, с увеличением площади электродов плотность тока уменьшают, чтобы провести процедуру, рассчитать силу тока по формуле I = а·s, где I – сила тока, а – плотность тока, s – площадь прокладки.
При общих и сегментарно-рефлекторных воздействиях плотность тока меньше и составляет 0,02-0,05 мА/см2 при локальных процедурах больше 0,08 мА/см2 . Если два электрода разных размеров, то силу тока определяют по площади меньшей площадки. В 3-х электродной методике силу тока следует исчислять по сумме площади раздвоенных электродов.
4. Лечебные методики
Общая гальванизация (по Вермелю) (рис. 4.) Положение больного лежа на животе. Электрод площадью 300 см2 помещают в межлопаточной области и присоединяют к одному из полюсов аппарата, два раздвоенных электрода, каждый площадью 150 см2, располагают на задней поверхности голеней и соединяют с другим полюсом.
Сила тока составляет от 3 до 24 мА, продолжительность воздействия – 15-30 мин.; на курс лечения применяют 12-20 процедур. Возможно видоизменение указанной методики. При многих сердечно-сосудистых заболеваниях для введения двух лекарственных препаратов, несущих разноименные электрические заряды, используют следующие расположение электродов. Анод площадью 200-250 см2 располагают в межлопаточной зоне Th2—Th3, катод тех же размеров — в пояснично-крестцовой области. Методика используется для одновременного введения новокаина и гепарина, магния и брома и др.
Гальванический «воротник» по Щербаку воротниковой зоны (рис.5). Положение больного лежа на животе. Электрод площадью 800—1200 см2 в форме воротника располагают в области плечевого пояса и соединяют с положительным полюсом, другой электрод площадью 400—600 см2 помешают в пояснично-крестцовой области, подключая к отрицательному полюсу. Сила тока составляет 6—16 мА, продолжительность процедуры — 6—16 мин. Через каждую процедуру силу тока увеличивают на 2 мА, а время воздействия на 2 мин. На курс лечения назначают 15—20 процедур, проводимых ежедневно.
Гальванические «трусы» по Щербаку. Лекарственный электрофорез трусиковой зоны (рис. 6). Положение больного лежа. Один электрод площадью 300—400 см2 располагают в пояснично-крестцовой области и соединяют с положительным полюсом, два других — площадью по 200 см2 каждый — на передней поверхности верхней половины бедер, подключая раздвоенный провод к отрицательному полюсу. Сила тока составляет 6—16 мА, продолжительность процедуры — 20—30 мин, причем через каждую процедуру силу тока увеличивают на 2 мА. Время воздействия повышают на 2 мин, процедуры проводят ежедневно или через день, на курс лечения назначают 15—20 процедур.
Рис.6. Гальванизация трусиковой зоны по Щербаку
Гальванизация шейно-лицевой области (рис. 7). Положение больного лежа или сидя. Два одинаковых электрода площадью 150—180 см2 (каждый двухлопастной формы) помещают на боковых поверхностях и лица справа и слева таким образом, чтобы ушные раковины находились между лопастями. Более короткую ветвь располагают сзади уха, более длинную — спереди. Сила тока составляет 4—7 мА. Время воздействия 8-15 мин. На курс лечения назначают до 20 процедур, проводимых ежедневно или через день.
Рис.7. Гальванизация шейно-лицевой зоны
Гальванизация и лекарственный электрофорез области лица
(полумаска Бергонье). Положение больного лежа или сидя (рис. 8). Трехлопастный электрод площадью от 150 до 200 см располагают на пораженной половине лица и соединяют с одним полюсом, другой прямоугольной формы такой же площади — помещают на противоположном плече, подключая: к другому полюсу. Силу тока назначают до 5 мА , экспозицию от 10 до 20 мин. На курс применяют 10—15 процедур.
Рис.8. Гальванизация области лица
Трансорбитальная методика гальванизации области глаз (глазнично-затылочная методика). Два круглых электрода (диаметром около 5 см) помешают (рис. 9) на закрытые веки и соединяют с одним из полюсов аппарата. Другой электрод (50 см ) располагают на задней поверхности шеи (если это катод, то его размещают в области нижних шейных позвонков, если анод — в области верхних шейных позвонков). Сила тока составляет 2 мА, экспозиция 10—20 мин. На курс лечения назначают 10—15 процедур, проводимых ежедневно или через день.
Рис.9. Гальванизация области глаз
Гальванизация слизистой оболочки носа. Положение больного лежа или сидя. Ватные или марлевые турунды, смоченные раствором лекарственного вещества или просто водой, вводят (рис. 10) в оба носовых хода на глубину 1—2 см. Концы турунд помещают на клеенку размером 2x5 см, расположенную на коже над верхней губой. На свободные концы турунд накладывают металлический электрод размером 1 х2 см и соединяют с одним из полюсов. Второй электрод площадью 80—100 см располагают в области ниже шейных позвонков, если подключают к катоду. Сила тока составляет 0,5—2 мА, экспозиция — 10—20 мин. Процедуры проводят ежедневно или через день, на курс лечения назначают 15—20 процедур. Эта методика наиболее показана детям и людям пожилого возраста.
Пациентам среднего возраста возможна модификация электродов. Концы двух токонесущих спаянных проводов длиной 2,5—3 см и диаметром около 2 мм обертывают марлей или ватой, вводят в носовые ходы больного и соединяют раздвоенным проводом с одним из полюсов.
Рис. 10. Интраназальная гальванизация
Гальванизация области носа и гайморовых пазух. Положение больного лежа или сидя. Один электрод в виде ленты шириной 3—4 см (рис. 11) и длиной 12—15 см располагают в области спинки носа и гайморовых пазух, присоединяют к одному из полюсов, другой — площадью 50 см2 — в области нижних шейных позвонков подключают к катоду. Сила тока составляет 3—5 мА, воздействие — 10—20 мин. Назначают процедуры ежедневно или через день до 15 на курс. Лекарственное вещество вводят с электрода, расположенного на лице.
Рис. 11. Гальванизация области носа и гайморовых пазух
Гальванизация области уха. Положение больного лежа или сидя (рис. 12). В наружный слуховой проход на глубину 0,5—1 см вводят одним концом ватный тампон, смоченный водой или раствором лекарственного вещества, другим концом тампона заполняют ушную раковину, накладывают на нее гидрофильную прокладку 80—100 см , смоченную водой, и соединяют с одним из полюсов. Второй электрод такой же площади располагают в области нижнего шейного и верхнего грудного отделов позвоночника. Сила тока составляет 0,5—2 мА, продолжительность — 10—15 мин. На курс лечения назначают до 15 процедур, проводимых ежедневно или через день.
Рис.12. Гальванизация области уха
Гальванизация области миндалин. Положение больного лежа или сидя. Два электрода (рис. 13) круглой формы диаметром 5 см или квадратной формы площадью 25—35 см2 располагают на шее под углами нижней
челюсти и присоединяют раздвоенным проводом к одному полюсу, третий электрод площадью 100 см — на область нижних шейных позвонков. Сила тока составляет 3—5 мА, продолжительность 15—20 мин, воздействуют ежедневно или через день. На курс лечения назначают 10— 15 процедур.
Рис.13. Гальванизация области миндалин
Гальванизация области шейных симпатических узлов. Положение больного лежа. Два электрода (рис. 14) площадью 20—25 см2 помещают на боковые поверхности шеи справа и слева вдоль грудино-ключично-сосцевидных мышц и присоединяют раздвоенным проводом к одному из полюсов. Третий электрод площадью 60—80 см2 располагают на область нижних шейных позвонков при соединении с катодом. Сила тока составляет 2—4 мА, иногда 5-8 мА, длительность процедуры — 1 0— 15—20 мин. На курс назначают от 8 до 12 процедур, проводимых через день.
Рис. 14. Гальванизация области шейных симпатических узлов
Гальванизация органов брюшной полости. Положение больного лежа. Электроды площадью 150—250 см2 помещают в области проекции патологического органа (печени, желудка, селезенки, кишечника) и соединяют с одним из полюсов аппарата. Для кишечника берут электрод большей площади (до 400 см ). Второй электрод располагают поперечно по отношению к первому со стороны спины (рис. 15). Сила тока составляет 10— 15— 20 мА, продолжительность 15—20 мин. Процедуры проводят ежедневно или через день, до 15 процедур на курс.
Рис.15. Гальванизация органов брюшной полости:
а- области селезенки б- области кишечника
Гальванизация области суставов. Положение больного сидя или лежа. Расположение электродов поперечное: два электрода одинаковой площади в зависимости от размера суставов располагают на передней и задней поверхностях плечевого сустава (рис. 16,1), на внутренней и наружной поверхностях локтевого сустава (рис. 16, 2), на сгибательной и разгибательной поверхностях лучезапястных суставов (рис. 16, 3), на ладонной и тыльной поверхностях кисти (рис. 16, 4), на передней поверхности бедра и ягодичной области тазобедренного сустава (рис. 16, 5), на наружной и внутренней поверхностях коленного (рис. 16, 6) и голеностопного (рис. 16, 7) суставов. При множественном поражении суставов кистей и стоп можно применять двух-четырехкамерные гальванические ванны (описание методики см. выше). Сила тока при гальванизации составляет
15—20 мА, продолжительность — 20— 30 мин, ежедневно или через день. На курс лечения назначают 15— 20 процедур. Лекарственное вещество вводят с одного или с обоих полюсов.
Рис. 16. Гальванизация области суставов:
1 — плечевого сустава, 2 — локтевого сустава, 3 — лучезапястного сустава, 4 — кисти, 5 — тазобедренного сустава, б — коленного сустава, 7 —голеностопного сустава
Гальванизация области позвоночника. Положение больного лежа. Один электрод (рис. 17) площадью 100—150 см2 помещают в области нижнешейного и верхнегрудного отделов позвоночника и соединяют с положительным полюсом, другой электрод такой же площади — в области пояснично-крестцового отдела позвоночника и подключают к отрицательному полюсу. Сила тока составляет 10—15 мА, продолжительность — 15—20 мин, процедуры проводят через день. На курс назначают до 15 процедур.
Рис.17. Гальванизация позвоночника
Гальванизация области мочевого пузыря (рис. 18). Положение больного лежа. Расположение электродов поперечное. Два электрода площадью 100—150 см2 располагают: один — над лонным сочленением, другой — в области крестца. При атонии мочевого пузыря электрод, помещенный на передней брюшной стенке, соединяют с катодом, в случае гипертонуса мочевого пузыря этот электрод подключают к аноду. Отсюда вводится и лекарственное вещество. Силу тока назначают до 10—15 мА, время воздействия составляет 15—20 мин. Процедуры проводят ежедневно или через день. На курс лечения рекомендуют 10— 15 процедур.
Рис 18. Гальванизация области мочевого пузыря
Гальванизация области почек (рис. 19). Положение больного лежа. Два электрода площадью 150 см2 каждый помещают справа и слева от позвоночника на уровне XII Th22 - LIII (область проекции почек), присоединяют раздвоенным проводом к одному полюсу. Третий электрод площадью 300 см располагают на передней брюшной стенке и соединяют с другим полюсом. Силу тока назначают до 15—20 мА, продолжительность составляет 15— 20 мин. Процедуры проводят ежедневно или через день. На курс рекомендуют 10—15 процедур.
referat911.ru
Тольяттинский машиностроительный техникум
РЕФЕРАТ
на тему:
«Гальванические покрытия»
Выполнил: Киреев А.Н.
Гр. Э 15-3 (т).
Тольятти 2003
Содержание:
1. Гальванические покрытия металлической плёнки толщиной от долей мкм до десятых долей мм, которые наносят методом электролитического осаждения на поверхность металлических изделий с целью защиты их от коррозии и механического износа, а также сообщения поверхности специальных физических и химических свойств.
2. Гальваностереотипия (от гальвано… и стереотипия), способ изготовления копий форм высокой печати (стереотипов) методом гальванопластики. Г. впервые в мире (1839) была применена в Экспедиции заготовления государственных бумаг в Петербурге для размножения печатных форм. Она включает: матрицирование, собственно электролитическое осаждение металла (обычно меди) на матрицу для получения печатной формы (когда осаждаемый слой металла достигает нужной толщины — 0,25—0,30 мм, его отделяют от матрицы) и отделку. Г. даёт более точное воспроизведение оригинальной (исходной) формы, чем обычный литой стереотип. Износоустойчивость медных гальваностереотипов — до 200—250 тыс. оттисков (цинковых —25—30 тыс. оттисков), а после дополнительного покрытия их тонким слоем железа или никеля — до миллиона оттисков. Гальваностереотипы применяются преимущественно для печатания книг и журналов с большим количеством иллюстраций, а также многотиражных цветных репродукций.
3. Гальванотехника, область прикладной электрохимии, охватывающая процессы электролитического осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий. Г. включает: гальваностегию — получение на поверхности изделий прочно сцепленных с ней тонких металлических покрытий и гальванопластику — получение легко отделяющихся, относительно толстых, точных копий с различных предметов, т. н. матриц. Открытие и техническая разработка Г. принадлежат русскому учёному Б. С. Якоби, о чём он доложил 5 октября 1838 на заседании Петербургской АН.
Г. основана на явлении электрокристаллизации — осаждении на катоде (покрываемом изделии в гальваностегии или матрице в гальванопластике) положительно заряженных ионов металлов из водных растворов их соединений при пропускании через раствор постоянного электрического тока. Количественно гальванотехнические процессы регулируются по законам Фарадея с учётом побочных процессов, которые сводятся чаще всего к выделению на поверхности покрываемых изделий наряду с металлом водорода; качественно — типом и составом электролита, режимом электролиза, т. е. плотностью тока, а также температурой и интенсивностью перемешивания. Различают электролиты на основе простых или комплексных соединений. Первые значительно проще, дешевле и при интенсивном перемешивании (чаще воздушном) допускают применение высоких плотностей тока, что ускоряет процесс электролиза. Так, например, в гальваностегии при покрытии изделий простой конфигурации электролит на основе сернокислого цинка в присутствии коллоидных добавок допускает плотность тока до 300 а/м2, а при интенсивном воздушном перемешивании — до 30 ка/м2. В гальванопластике растворы простых солей, чаще сернокислых, обычно применяют без введения каких-либо органических добавок, т. к. в толстых слоях эти добавки отрицательно сказываются на механических свойствах полученных копий. Применяемая плотность тока ниже, чем в гальваностегии; в железных гальванопластических ваннах она не превышает 10—30 а/м2, в то время как при железнении (гальваностегия) плотность тока достигает 2000—4000 а/м2. Гальванические покрытия должны иметь мелкокристаллическую структуру и равномерную толщину на различных участках покрываемых изделий — выступах и углублениях. Это требование имеет в гальваностегии особенно важное значение при покрытии изделий сложной конфигурации. В этом случае используют электролиты на основе комплексных соединений или электролиты на основе простых солей с добавками поверхностно-активных веществ. Примером благоприятного влияния поверхностно-активных веществ на структуру покрытия может служить процесс осаждения олова из сернокислого оловянного электролита; без добавок поверхностно-активных веществ на поверхности покрываемых изделий выделяются изолированные кристаллы, напоминающие ёлочную мишуру и не представляющие никакой ценности как покрытие. При введении в электролит фенола, крезола или др. соединения ароматического ряда вместе с небольшим количеством коллоида (клей, желатина) образуется плотное, прочно сцепленное покрытие с вполне удовлетворительной структурой. Из щелочных оловянных электролитов, в которых олово находится в виде отрицательного комплексного иона (SnO3 )4-, при температуре 65—70° С без каких-либо поверхностно-активных веществ получаются хорошо сцепленные мелкокристаллические покрытия. Причина такого различия в поведении кислых и щелочных электролитов заключается в том, что в первых простые ионы двухвалентного олова в отсутствие поверхностно-активных веществ разряжаются без сколько-нибудь заметного торможения (поляризации), а в щелочных электролитах олово находится в виде комплексных ионов, разряжающихся со значительным торможением. Для цинкования изделий сложной формы применяют щёлочно-цианистые электролиты или др. комплексные соли цинка. Для кадмирования изделий применяются, как правило, цианистые электролиты. То же можно сказать про серебрение, золочение, латунирование.
Существенную роль в гальванотехнических процессах играют аноды, основное назначение которых — восполнять в электролите ионы, разряжающиеся на покрываемых изделиях. Аноды не должны содержать примесей, отрицательно влияющих на внешний вид и структуру покрытий. В некоторых случаях анодам придают форму покрываемых изделий. Процессы хромирования, золочения, платинирования, родирования и др. протекают с нерастворимыми анодами из металла или сплава, устойчивого в данном электролите. Корректирование электролита в целях сохранения постоянства его состава осуществляется периодическим введением солей или др. соединений выделяющегося металла.
Все процессы как гальванопластики, так и гальваностегии протекают в гальванических ваннах. Часто гальванической ванной называют также состав находящегося в ней электролита. Материалом ванны в зависимости от её размеров и степени агрессивности электролита могут служить: керамика, эмалированный чугун, сталь, футерованная свинцом или винипластом, органическое стекло и др. Ёмкость ванн колеблется от долей м (для золочения) до 10 м и более. Различают ванны: стационарные (покрываемые изделия в которых неподвижны), полуавтоматические (изделия вращаются или перемещаются по кругу или подковообразно) и агрегаты, в которых автоматически осуществляются загрузка, выгрузка и транспортировка изделий вдоль ряда ванн. Постоянный ток для электролиза получают главным образом от селеновых и кремниевых выпрямителей, плотность тока регулируется при помощи многоступенчатого трансформатора.
4. Гальваностегия применяется шире, чем гальванопластика; её цель придать готовым изделиям или полуфабрикатам определённые свойства: повышенную коррозионную стойкость (цинкованием, кадмированием, лужением, свинцеванием), износостойкость трущихся поверхностей (хромированием, железнением). Г. применяется для защитно-декоративной отделки поверхности (достигается никелированием, хромированием, покрытием драгоценными металлами). По сравнению с издавна применявшимися методами нанесения покрытий (например, погружением в расплавленный металл) гальваностегический метод имеет ряд преимуществ, особенно в тех случаях, когда можно ограничиться незначительной толщиной покрытия. Так, процесс покрытия оловом жести для пищевой тары электролитическим методом вытесняет старый, горячий метод; в США электролитически лужёная жесть составляет более 99% от всей продукции (1966). Расход олова при этом сокращён во много раз главным образом за счёт дифференциации толщины оловянного покрытия от 0,2—0,3 до 1,5—2 мкм. в зависимости от степени агрессивности пищевой сред. Все покрытия в гальваностегии должны быть прочно сцеплены с покрываемыми изделиями; для многих видов покрытий это требование должно быть удовлетворено при любой степени деформации основного металла. Прочность сцепления между покрытием и основой обеспечивается надлежащей подготовкой поверхности покрываемых изделий, которая сводится к полному удалению окислов и жировых загрязнений путём травления или обезжиривания. При нанесении защитно-декоративных покрытий (серебряных, золотых и т. п.) необходимо удалить с поверхности изделий оставшуюся от предыдущих операций шероховатость шлифованием и полированием.
Технологический прогресс в гальваностегии развивается по пути непосредственного получения блестящих покрытий, не требующих дополнительной полировки; прогресс в области оборудования заключается в разработке и внедрении механизированных и автоматизированных агрегатов для механической подготовки поверхности и нанесения покрытий, включая все вспомогательные операции, вплоть до нанесения покрытий на непрерывную полосу с последующей штамповкой изделий (например, автомобильные кузова, консервная тара и др.). Ведущими отраслями промышленности, в которых гальваностегия имеет значит, удельный вес, являются автомобилестроение, авиационная, радиотехническая и электронная промышленность и др.
5. Гальванопластика отличается от гальваностегии главным образом методами подготовки поверхности обратных изображений копируемых предметов-матриц и большей толщиной наращиваемого металла (в десятки и сотни раз). Матрицы бывают металлические и неметаллические. Преимущества металлических матриц заключаются в более лёгкой подготовке поверхности (чаще методом оксидирования) и возможности снятия большего количества копий. В качестве промежуточного поверхностного слоя на металлическую матрицы обычно наносят тонкую плёнку серебра (десятые доли мкм) или никеля (до 2 мкм). Оба эти металла прекрасно оксидируются при трехминутном погружении в 2—3%-ный раствор бихромата и обеспечивают лёгкий съём наращенного слоя. Перспективно применение в качестве материала для металлических матриц оксидированного алюминия. Сообщение электрической проводимости лицевой поверхности неметаллических матриц обычно осуществляется путём её графитирования. Для этой цели свободный от примесей мелкочешуйчатый графит наносят на поверхность матрицы мягкими волосяными щётками. Для крупных и сложных по рельефу предметов, например статуй, барельефов и т. п., наиболее употребительны гипсовые и гуттаперчевые матрицы. При изготовлении матриц подобные предметы делят на участки. Полученные гальванопластически прямые копии соединяют пайкой с таким расчётом, чтобы швы не исказили изображения.
Наиболее распространена медная гальванопластика, меньше — железная и никелевая. Основная область применения гальванопластики — полиграфия. Гальванопластика широко применяется также при изготовлении матриц грампластинок, для производства волноводов и др.
6. Электрохимия, раздел физической химии, предметом изучения которого являются объёмные и поверхностные свойства твёрдых и жидких тел, содержащих подвижные ионы, и механизмы процессов с участием ионов на границах раздела и в объёме тел. Практическое значение электрохимических процессов, их роль в живом организме, своеобразие экспериментальной техники привели к выделению Э. в самостоятельный раздел науки.
Возникновение основных представлений. В 1800 А. Вольта построил первый источник длительного постоянного тока (вольтов столб). Вольта связывал возникновение электродвижущей силы (эдс) с соприкосновением разнородных металлов (т. н. контактная теория). С помощью вольтова столба английские учёные У. Николсон и А. Карлейль электролизом осуществили разложение воды (1800) на водород и кислород. В 1807 Г. Дэви электролизом увлажнённого едкого кали получил металлический калий; это было первое применение электрохимического метода для получения нового вещества. Начало работам по Э. в России положил В. В. Петров (электровосстановление металлов из их окислов, 1803). В 1833—34 М. Фарадей установил важнейшие количеств, закономерности Э. — Фарадея законы. Он же ввёл в Э. термины электролиз, электролит, электрод, катод и анод, катион, анион, ионы, однако он не представлял ещё себе ионы как свободно существующие частицы. Фарадей показал, что генерирование электрической энергии гальваническим элементом всегда сопровождается химическим процессом. К тому же периоду (1838) относится открытие английским учёным Дж. Даниелом первого гальванического элемента и открытие Б. С. Якоби гальванопластики — первого широко использованного метода прикладной Э.
Изучение прохождения тока. Р. Клаузиус указал (1857), что в проводящих ток растворах должны существовать свободные заряженные частицы; их движение и создаёт электрический ток. Разработка (1853—59) И. Гитторфом метода определения чисел переноса и прецизионные измерения электропроводности, выполненные Ф. Кольраушем (1874), доказали независимое движение ионов, подготовив возможность создания С. Аррениусом теории электролитической диссоциации (1887). Закономерности диссоциации слабых электролитов были установлены В. Оствальдом (1888). Возможность существования свободных ионов сделалась понятной после введения представления об энергии сольватации (для водных растворов — гидратации). На необходимость учёта такого химического взаимодействия указал впервые И. А. Каблуков. П. Дебай и немецкий учёный Э. Хюккель нашли (1923), что свойства разбавленных растворов сильных электролитов в растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью могут быть количественно истолкованы в предположении их полной диссоциации при учёте электростатического взаимодействия между заряженными частицами. В дальнейшем разрабатывалась теория, применимая к более высоким концентрациям, изучались неводные растворы и расплавленные электролиты. Особое внимание в последние десятилетия уделяется твёрдым электролитам с высокой ионной проводимостью. При исследовании взаимодействия ионов между собой и с растворителем используются новые физические методы.
Приложение законов термодинамики к Э. Учение об электродвижущих силах. Количественное рассмотрение любых электролитных систем, независимое от молекулярно-статистических представлений, основывается на термодинамике. Исходя из 1-го закона термодинамики, У. Томсон (1851) пришёл к выводу, что эдс гальванического элемента Е определяется тепловым эффектом протекающей в нём реакции. Термодинамическая трактовка эдс была дана Дж. У. Гиббсом (1875) и Г. Л. Ф. Гельмгольцем (1882). Из 2-го закона термодинамики следует, что эдс определяется изменением не полной энергии, а свободной энергии при химической реакции:
Е = — DG/nF, (1)
где DG — разность гиббсовой энергии продуктов и исходных веществ, n — число электронов, участвующих в реакции, F — Фарадея число. Гальванический элемент может давать электрическую энергию только за счёт затраты свободной энергии реагирующих веществ. Уравнение (1) предполагает обратимость всех процессов в элементе, т. е. выполнение условий равновесия, и определяет максимальную величину электрической энергии, которую можно получить за счёт данной реакции. Связь между Е, тепловым эффектом DН реакции и абсолютной температурой Т выражается уравнением Гиббса — Гельмгольца:
. (2)
В. Нернст (1889) придал термодинамическим соотношениям Э. удобную форму. Эдс Е может быть представлена в виде разности величин электродных потенциалов обоих электродов, каждый из которых выражает эдс цепи из данного электрода и некоторого электрода сравнения, например стандартного водородного электрода. Для простейшего случая металла в равновесии с разбавленным раствором, содержащим ионы этого металла в концентрации с,
(формула Нернста) (3)
где R — газовая постоянная, E0— стандартный электродный потенциал данного электрода. В общем случае величина с должна быть заменена на активность иона. Общее условие равновесия определяется требованием постоянства электрохимического потенциала любой частицы во всех частях системы.
Электрохимическая кинетика. В центре внимания современной Э. стоит электрохимическая кинетика, т. е. учение о механизме и законах протекания электрохимических реакций. В реальных условиях, например при электролизе, коррозии металлов, в химических источниках тока, в живых организмах, электрохимическое равновесие, как правило, не реализуется, и понимание электрохимических процессов требует знания кинетических закономерностей. Поскольку непременным участником процессов на границе металла (или полупроводника) и электролита является электрон, рассматриваемый в качестве простейшей устойчивой химической частицы, исследование природы электрохимического элементарного акта существенно для кинетики химической. Современная теория элементарного акта основывается на представлениях квантовой механики. Предпосылкой её развития явилось выдвинутое немецким учёным М. Фольмером и Т. Эрдеи-Грузом представление, согласно которому перенос заряда может определять измеряемую скорость электрохимического процесса в целом (теория замедленного разряда, 1930). А. Н. Фрумкин установил количественное соотношение между скоростью электрохимической реакции и строением двойного электрического слоя на границе металл/электролит (1933). Первое применение квантовой механики к Э. — заслуга Р. Гёрни (Великобритания, 1931). В 1935 М. Поляни (Венгрия) и Ю. Хориути (Япония) заложили основы теории переходного состояния, или активированного комплекса, развитой Г. Эйрингом (США). Согласно современной квантовой теории, любой перенос заряда, как на границе фаз, так и в объёме раствора, связан с изменением структуры полярного растворителя, переориентацией его диполей. Существенно различен характер изменения степеней свободы классических и квантовых систем. Частицам, прочно связанным с растворителем, таким, как электроны и протоны, присущ квантовый характер движения. Для них вероятны под барьерные туннельные переходы. Квантовая теория позволила дать рациональное объяснение эмпирически установленной закономерности, связывающей скорость необратимого процесса, выраженную через плотность тока i, с электрохимическим перенапряжением h, или потенциалом электрода (уравнение немецкого учёного Ю. Тафеля, 1905), h = а + b lg i, где а и b — постоянные, lg — десятичный логарифм, и указала пределы её применимости. Энергетические характеристики переходного состояния, а следовательно и скорость процесса, зависят от природы металла, а также от присутствия посторонних адсорбированных частиц. Эти эффекты, которые могут приводить к значительному ускорению процесса, объединяются под названием электрокатализа. В случае электрохимических процессов, сопровождающихся образованием новой фазы, например при электроосаждении металлов, необходимо также учитывать вероятность возникновения зародышей и условия роста кристаллов.
Электрохимическая кинетика учитывает также строение границы раздела фаз, особенно границы металл/электролит, на которой возникает электрическое поле благодаря пространственному разделению зарядов, т. н. двойной электрический слой (д. э. с.). Первый метод исследования д. э. с. был предложен Г. Липманом (см. Электрокапиллярные явления). В дальнейшем теория д. э. с. развивалась Ж. Гуи (Франция, 1910), О. Штерном (Германия, 1924), Фрумкршым и американским учёным Д. Грэмом. Введение Фрумкиным (1927) представления о потенциале нулевого заряда позволило устранить противоречие между контактной и химической теорией эдс.
Электрохимические процессы состоят из ряда стадий (см. Электродные процессы). Длительное прохождение тока требует подачи реагирующего вещества из объёма раствора к поверхности электрода и отвода продуктов реакции, что достигается благодаря диффузии; необходимо также учитывать миграцию заряженных частиц под действием электрического поля. Подача вещества ускоряется при размешивании жидкости, т. е. при конвективной диффузии. Ток вызывает концентрационную поляризацию (см. Поляризация электрохимическая). Помимо стадий переноса заряда и диффузионных стадий суммарный процесс может включать чисто химические и другие стадии, например возникновение зародышей и включение разрядившихся атомов в кристаллическую решётку, выделение пузырьков газа и т. д. Накопление промежуточных продуктов на поверхности электрода сверх их равновесной концентрации, как и замедленность процессов диффузии и стадий разряда, приводит к поляризации электрода и перенапряжению. Если при практически используемых плотностях тока перенапряжение пренебрежимо мало, то это свидетельствует об обратимости процесса, степень которой в целом тем выше, чем больше ток обмена между исходными веществами и конечными продуктами реакции при равновесном потенциале. Обратимость многостадийного процесса предполагает обратимость всех его стадий. Часто необратимость процесса определяется медленностью одной из стадий, которая и определяет скорость процесса в целом. Для выяснения механизма электрохимических процессов применяются разнообразные формы электрических измерений: определение зависимости потенциала от плотности постоянного тока, измерение полного электрического сопротивления, определение зависимости потенциала или тока от времени при различно запрограммированном изменении во времени второй переменной, а также нелинейные методы. Одновременно исследуются состояние поверхности электрода (с использованием оптических методов), пограничное натяжение и др.
Электрохимическая кинетика лежит в основе современной теории коррозии металлов; в растворах электролитов коррозия является результатом одновременного протекания двух или более электрохимических процессов. Для развития электрохимической кинетики большое значение имело создание точных и удобных экспериментальных методов исследования механизма электродных процессов, в особенности полярографического метода, предложенного Я. Гейровским.
Практическое значение Э. Электрохимические методы широко используются в различных отраслях промышленности. В химической промышленности это электролиз — важнейший метод производства хлора и щелочей, многочисленных окислителей, получение фтора и фторорганических соединений. Возрастающее значение приобретает электросинтез самых различных химических соединений. На электрохимических методах основано получение алюминия, магния, натрия, лития, бериллия, тантала, титана, цинка, рафинирование меди. Водород получают электролизом воды в относительно ограниченных масштабах, однако по мере использования запасов природного топлива и увеличения производства электроэнергии значение этого метода получения водорода будет возрастать. В различных отраслях техники применяются защитные и декоративные гальванические покрытия, а также гальванические покрытия с заданными оптическими, механическими и магнитными свойствами. Анодное растворение металлов успешно заменяет механическую обработку твёрдых и сверхтвёрдых металлов и сплавов. В технике всё шире применяются электрохимические преобразователи информации. Большое значение имеет скорейшее решение проблемы электромобиля. Быстро растущий спрос на автономные источники электроэнергии для техники, освоения космоса и бытовых применений стимулирует поиски новых электрохимических систем повышенной удельной мощности, энергоёмкости и сохранности. Всё более широкое распространение получают различные электрохимические методы анализа, электрофизические и электрохимические методы обработки.
Понимание важнейших биологических процессов, например усвоения и использования энергии пищи, распространения нервного импульса, восприятия зрительного образа, невозможно без учёта электрохимических звеньев, связанных в первую очередь с функционированием биологических мембран. Решение этих проблем ставит перед теоретической Э. новые задачи, а в будущем должно оказать существенное влияние и на медицинскую практику.
www.ronl.ru
