Geum.ru

Основы электрохимии

Методическое пособие - Химия

Другие методички по предмету Химия

?едой (которая называется агрессивной) без возникновения в системе электрического тока:

  1. Газовая - окисление металла кислородом воздуха, сернистым газом, сероводородом, оксидом углерода (II), продуктами сгорания топлива при высокой температуре;
  2. Жидкостная - коррозия металлов в жидкой среде, не проводящей электрический ток (нефть, бензин, керосин, смазочные масла), например, разрушение цилиндра двигателя внутреннего сгорания в жидком топливе (в жидком топливе содержатся примеси серы и ее соединения, которые превращаются в SO2, SO3);
  3. Металлы могут корродировать и в результате взаимодействия с твердыми веществами, например, при взаимодействии железа с хлорной или гашеной известью.

Однако наличие даже небольшого количества влаги может сообщить коррозии электрохимический характер.

 

4.2 Электрохимическая коррозия

 

Электрохимическая коррозия - это разрушение металла в среде электролита с возникновением в системе электрического тока. Окисление металла и восстановление окислителя происходят без их непосредственного контакта на разных участках (катод и анод) поверхности металла (как в гальваническом элементе).

Причиной электрохимической коррозии может быть наличие в металлах примесей, дефектов кристаллической структуры, контакт с другими металлами, в результате чего на различных участках металла возникает разность потенциалов и поэтому и при соприкосновении с раствором электролита образуется непрерывно работающий гальванический элемент, в котором более активный металл разрушается. Таким образом, электрохимическая коррозия может рассматриваться как совокупность работы множества короткозамкнутых микрогальванических элементов.

Среда, в которой протекает электрохимическая коррозия:

  1. Электролиты: растворы и расплавы солей, оснований, кислот;
  2. Морская и речная вода;
  3. В атмосфере любого влажного газа, где окислителем является кислород воздуха при нормальной температуре;
  4. Почва;
  5. Коррозия блуждающими токами.

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ КОРРОЗИИ:

 

M1 | среда | M2

 

  1. Анодный процесс окисления металла: M0 - n e => Mn+ (анодом является металл или участок металла с меньшим значением электродного потенциала);
  2. Перенос электронов от анода к катоду (катодом является металл или участок металла с большим значением электродного потенциала), в результате чего катод поляризуется (заряжается отрицательно);
  3. Катодный процесс восстановления окислителя из окружающей среды: Ox + n e => Red. Окислитель (Ox), связывая электроны деполяризует катодный участок (снимает отрицательный заряд), поэтому окислители в электрохимической коррозии, называются деполяризаторами. В зависимости от характера среды деполяризаторами могут быть H+ или O2. В связи с чем различают:
  4. Коррозия с водородной деполяризацией протекает в кислой среде (рН H20.
  5. Коррозия с кислородной деполяризацией протекает в нейтральной (рН = 7) или щелочной среде (рН > 7):

 

O2 + 2 H2O + 4 e => 4 OH (-).

 

ПРИМЕР 4.1 Коррозия сплава железа и меди в кислой среде.

 

 

Стандартный электродный потенциал железа ( - 0.44 вольта) меньше стандартного электродного потенциала меди (+ 0.34 вольта), следовательно в данной гальванопаре железо является анодом, а медь - катодом, а т.к. среда кислая (HCl, pH H20.

 

 

ПРИМЕР 4.2 Коррозия железа во влажном воздухе (атмосферная коррозия).

 

 

ПРИМЕР 4.3 Коррозия сплава железа и меди в морской воде.

 

А (-) Fe | NaCl | Сu (+) К(-) Fe - 2 e => Fe2+

K (+) O2 + 2 H2O + 4 e => 4 OH (-)

 

ПРИМЕР 4. Коррозия сплава железа и меди в щелочной среде.

 

А (-) Fe | NaОН | Сu (+) К(-) Fe - 2 e => Fe2+

K (+) O2 + 2 H2O + 4 e => 4 OH (-)

4.3 Защита от коррозии

 

  1. Изменение состава среды: удаление вредных примесей (например, удаление кислорода из воды увеличивает срок службы паровых котлов); применение замедлителей кислотной коррозии (ингибиторов).
  2. Защитные покрытия: неметаллические (применение эмалей, лаков, красок, полимеров и др.) и металлические (анодное и катодное покрытие). Металлические покрытия часто наносят гальваническим путем. Если потенциал покрытия более отрицателен, чем потенциал защищаемого металла, то покрытие называется анодным, оно защищает металл и в том случае, когда покрытие нарушено. Например, железо покрыто цинком (оцинкованное железо): при нарушении защитного покрытия слой цинка предохраняет железо от коррозии, т. к цинк покрыт снаружи защитной пленкой и при повреждении цинкового защитного слоя в присутствии влаги возникает гальваническая пара железо - цинк, где катодом служит железо, а анодом - цинк; электроны переходят от цинка к железу и связываются молекулами кислорода в присутствии молекул вода (кислородная деполяризация), цинк растворяется, но железо остается защищенным до тех пор, пока не будет разрешен весь слой цинка.

 

 

Если потенциал покрытия более положителен, чем потенциал защищаемого металла, то покрытие называется катодным. Например, железо покрыто никелем (никелированное железо): при нарушении катодного покрытия коррозия железа ускоряется (однако покрытие желе