Коррозия металлов

Химическая коррозия.


Этой коррозии подвергаются детали и узлы двигателей, газовых турбин, ракетных установок. Химической коррозии подвергаются металлы в процессе их обработки при высоких температурах, металлические стенки промышленных химических реакторов и т. д.

Эти процессы являются окислительно-восстановительными реакциями между восстановителем металлом и окислителем, например, кислородом.

Примеры реакций:


4Fe⁰ + 3O₂⁰  2Fe₂⁺³O₃^-2 – образование железной окалины при

получении железа и его обработке.


2Fe⁰ + 2H₂S + O₂⁰  2Fe⁺²S + 2H₂O^-2 – эти процессы

возможны в атмосфере,

2Fe⁰ + 3SO₂ + 3O₂⁰ 2Fe₂⁺³(SO₄^-2)₃ загрязненной

соединениями серы


4Al⁰ + 3O₂⁰  2Al₂⁺³O₃^-2 – на поверхности большинства металлов образуются оксидные пленки. У некоторых металлов эти пленки очень прочные, они защищают металл от дальнейшего окисления (Al, Cr, Ni, Zn и др.).

Электрохимическая коррозия.


В этом случае наряду с химическими процессами (окисление и восстановление, то есть отдача и присоединение электронов) протекают электрические (перенос электронов от одного участка к другому).

Пример электрохимической коррозии – образование ржавчины на железе под действием растворенного в воде кислорода:


2Fe⁰ + 2H₂O + O₂⁰  2Fe⁺²(OH)₂

– образование ржавчины

4Fe⁺²(OH)₂ + 2H₂O + 3O₂⁰ à 4Fe⁺³(OH)₃ на железных предметах


Контактная электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия при контакте меди с железом:


Электрохимическая коррозия может быть усилена, если металл находится в контакте с другим металлом, или если металл содержит различные примеси.

Пример контактной коррозии – разрушение железного образца, находящегося в контакте с медью:

Железо (Fe)

Медь (Cu)


Раствор электролита

активнее	пассивнее
=> легко отдает электроны	=> не отдает электроны,
=> легко окисляется, переходит в раствор	=> не окисляется (хорошо сохраняется)

Железо, как более активный металл, при соприкосновении с электролитом начинает окисляться, отдавать электроны, а его ионы Fe⁺² переходят в раствор:


Fe⁰ – 2ē  Fe⁺² – процесс окисления


Ионы железа переходят в раствор, а электроны перемещаются к менее активному металлу – меди:

Железо (Fe)

ē

ē

Медь (Cu)


Раствор электролита

Раствор электролита






Раствор электролита

В результате на железе возникает положительный заряд, поэтому железо в данном примере служит анодом, а на меди возникает заряд отрицательный, в данном примере медь является катодом.

Медь (Cu)


– (катод)

Железо (Fe)


+ (анод)


Раствор электролита



Мы выяснили, что в нашем примере железо окисляется.

А какой элемент восстанавливается?

Это зависит от состава электролита. В зависимости от кислотности электролита на катоде может восстанавливаться или растворенный в воде кислород, или ионы водорода:


В кислой среде (рН<7)


2Н⁺ + 2ē  Н₂ – коррозия с водородной деполяризацией

Железо (Fe)

+ (анод)

Медь (Cu)

– (катод)


Раствор электролита








Раствор электролита

Раствор электролита
В нейтральной и щелочной среде (рН≥7)


О₂ + 2Н₂О + 4ē  4ОН^– – коррозия с кислородной деполяризацией

Железо (Fe)

+ (анод)

Медь (Cu)

– (катод)



Электролит






Далее в растворе образовавшиеся ионы взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуется смесь оксидов и гидроксидов железа.


Запись реакции электрохимической коррозии железа, находящегося в контакте с медью:


Анод (+):

Fe⁰ – 2ē à Fe⁺² – окисление


Катод (–): – восстановление

В кислой среде

2Н⁺ + 2ē  Н₂


В нейтральной и щелочной среде

О₂ + 2Н₂О + 4ē à 4ОН^–


Электрохимическая коррозия при контакте цинка с железом:


Сначала определим, какой из элементов более активный – именно он будет окисляться в результате коррозии. Это цинк.


Запись реакции электрохимической коррозии при контакте цинка с железом:


Анод (+):

Zn⁰ – 2ē à Zn⁺² – окисление


Катод (–): – восстановление

В кислой среде

2Н⁺ + 2ē à Н₂


В нейтральной и щелочной среде

О₂ + 2Н₂О + 4ē à 4ОН^–